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知识路径: > 计算机网络基础知识 > 局域网技术基础 > 以太网的分类及各种以太网的性能特点 >
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考试要求:掌握
相关知识点:15个
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最开始以太网只有10Mb/s的吞吐量,它所使用的是CSMA/CD的访问控制方法,通常把这种最早期的10Mb/s以太网称为标准以太网。以太网主要采用双绞线和同轴电缆两种传输介质。
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IEEE 802.3的一些以太网标准中,前面的数字表示传输速度,单位是Mb/s,最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m),Base是"基带"的意思,Broad代表"带宽"。
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根据传输介质的不同,10Mb/s以太网可以分为4个标准,即10Base-5、10Base-2、10Base-T和10Base-F。
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10Base-5是1983年IEEE 802.3工作组发布的"粗缆"以太网标准。10Base-5采用直径为10mm、阻抗为50Ω的细同轴电缆,拓扑结构为总线型。每个电缆段最长为500m,整个网络最大跨距为2500m。网络设计遵循5-4-3法则,即5个电缆段、4个中继器和3个共享网段。
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10Base-5代表的具体意思是:数据传输速率为10Mb/s,采用基带信号,每个网段最长为500m。
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10Base-2是1986年IEEE 802.3工作组发布的"细缆"以太网标准。10Base-2采用直径为5mm、阻抗为50Ω的细同轴电缆,拓扑结构为总线型。每个电缆段最长为185m,整个网络最大跨距为925m。网络设计遵循5-4-3法则。
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10Base-2代表的具体意思是:数据传输速率为10Mb/s,采用基带信号,每个网段最长约为200m。
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10Base-T是1991年IEEE 802.3工作组发布的"非屏蔽双绞线"以太网标准。10Base-T采用阻抗为100Ω的UTP双绞线,拓扑结构为星型。每个电缆段不超过100m,整个网络最大跨距为500m。网络设计遵循5-4-3法则。
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10Base-T代表的具体意思是:数据传输速率为10Mb/s,采用基带信号,传输媒体为双绞线。
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10Base-F是1993年IEEE 802.3工作组发布的"光纤"以太网标准。10Base-F采用多模光纤,拓扑结构为星型。每个电缆段不超过2000m,整个网络最大跨距为4000m。网络设计遵循5-4-3法则。
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10Base-F代表的具体意思是:数据传输速率为10Mb/s,采用基带信号,传输媒体为光纤。
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1Base-5使用双绞线电缆,最大网段长度为500m,传输速率为1Mb/s。
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10Broad-36使用同轴电缆(RG-59/U CATV),最大网段长度为3600m,是一种宽带传输方式。
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随着网络的发展,传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前,对于要求10Mb/s以上数据流量的LAN应用,只有光纤分布式数据接口(FDDI)可供选择,但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mb/s光缆的LAN。1993年10月,Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100,快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司也相继推出自己的快速以太网装置。与此同时,IEEE 8023工作组也对100Mb/s以太网的各种标准(如100Base-TX、100Base-T4、MII、中继器、全双工等)进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE 802.3u 100Base-T快速以太网(Fast Ethernet)标准,就这样开始了快速以太网的时代。1997年,IEEE通过了IEEE 802.3x,支持在现有通道上进行全双工通信。
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快速以太网与原来在100Mb/s带宽下工作的FDDI相比具有许多优点,最主要体现在快速以太网技术可以有效地保障用户在布线基础实施上的投资,它支持三、四、五类双绞线以及光纤的连接,能有效地利用现有的设施。
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快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足,那就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术,当网络负载较重时,会造成效率的降低,当然这可以使用交换技术来弥补。
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100Mb/s快速以太网标准又分为100Base-T4、100Base-TX和10Base-FX等3个子类。
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100Base-T4是一种传输媒体可使用三、四、五类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用了4对双绞线,其中3对用于传送数据,1对用于检测冲突信号。在传输中使用8B/6T(8比特映射为6个三进制位)编码方式,它使用三元信号,每个周期发送4b,这样就获得了100Mb/s传输速率,还有一个33.3Mb/s的保留信道。信号频率为25MHz,符合EIA 586结构化布线标准。它使用与10Base-T相同的RJ-45连接器,最大网段长度为100m。
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100Base-TX是一种使用五类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用了两对双绞线,其中一对用于发送,另一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。该编码方案将每4b的数据编成5b的数据,挑选时每组数据中不允许出现多于3个0,然后再将4B/5B进一步编成NRZI码进行传输,传输速率达到100Mb/s。100Base-TX符合EIA 568的五类布线标准和IBM的SPT一类布线标准,使用与10Base-T相同的RJ-45连接器,其最大网段长度为100m,支持全双工的数据传输。
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100Base-FX是一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤(62.5μm和125μm)。多模光纤连接的最大距离为550m,单模光纤连接的最大距离为3000m。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10km,这与所使用的光纤类型和工作模式有关,它支持全双工的数据传输。100Base-FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接或高保密环境等情况下的使用。
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千兆位(1000Mb/s)以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络传输速率的有效解决方案,这种解决方案的最大优点是继承了传统以太网技术价格便宜的优点。
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千兆位以太网标准主要针对3种类型的传输介质:单模光纤;多模光纤上的长波激光(称为1000Base-LX)、多模光纤上的短波激光(称为1000Base-SX);1000Base-CX介质,该介质可在均衡屏蔽的150Ω铜缆上传输。IEEE 802.3z工作组模拟的1000Base-T标准允许将千兆位以太网在五类、超五类、六类非屏蔽双绞线(UTP)上的传输距离扩展到100m,从而使建筑楼宇内布线的大部分采用五类非屏蔽双绞线,保障了用户先前对以太网、快速以太网的投资。
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千兆位技术仍然是以太网技术,它采用了与10Mb/s以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统,因此可与10Mb/s或100Mb/s的以太网很好地配合工作。升级到千兆位以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大限度地保护投资;对于网络管理人员来说,也不需要再接受新的培训,凭借已经掌握的以太网的网络知识,完全可以对千兆位以太网进行管理和维护。因此该技术的市场前景十分看好。
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最初的千兆位以太网采用高速780nm光纤信道的光元件传输光纤上的信号,采用8B/10B的编码和解码方法实现光信号的串行化和复原。目前光纤信道技术的数据运行速率为1.063Gb/s,将来会提高到1.250Gb/s,使数据速率达到完整的1000Mb/s。对于更长的连接距离,将采用1300nm的光元件。为了适应硅技术和数字信号处理技术的发展,应在MAC层和PHY层(指物理层)之间制定独立于介质的逻辑接口,以使千兆位以太网工作在非屏蔽双绞线电缆系统中。这一逻辑接口将适用于非屏蔽双绞线电缆系统的编码方法,并独立于光纤信道的编码方法。
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IEEE的千兆位以太网标准可以分为IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。 IEEE 802.3z标准是涉及使用光纤和对称屏蔽铜缆的千兆位以太网标准;IEEE 802.3ab是解决用五类双绞线构造千兆位以太网标准的。
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IEEE 802.3z工作组负责制定光纤(单模或多模)和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE 802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base-X,采用8B/10B编码技术,信道传输速度为1.25Gb/s,去耦后实现1000Mb/s传输速度。
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1000Base-LX使用长波激光作为信号源的网络介质,既可以驱动多模光纤,也可以驱动单模光纤,它可使用62.5μm多模光纤、50μm多模光纤和9μm单模光纤。全双工模式下,使用多模光纤最长传输距离可达到550m,使用单模光纤最长传输距离可达到5km。系统采用8B/10B编码方案,连接光纤使用SC型光纤连接器。
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1000Base-SX使用短波激光作为信号源的网络介质,不支持单模光纤,只能驱动多模光纤,它可使用62.5μm多模光纤和50μm多模光纤。全双工模式下,使用62.5μm多模光纤最长传输距离可达到275m,使用50μm多模光纤最长传输距离可达到550m。系统采用8B/10B编码方案,连接光纤使用SC型光纤连接器。
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1000Base-CX使用铜缆作为网络介质,使用的是一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆,最长有效距离为25m,使用9芯D型连接器连接电缆。系统采用8B/10B编码方案,适用于交换机之间的短距离连接,尤其适合于主干交换机和主服务器之间的短距离连接。
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IEEE 802.3ab工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆位以太网标准,产生IEEE802.3ab标准及协议。IEEE 802.3ab定义基于五类UTP的1000Base-T标准,其目的是在五类UTP上以1000Mb/s速率传输100m。
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IEEE 802.3ab标准的意义在于保护用户在五类UTP布线系统上的投资。1000Base-T是100Base-T的自然扩展,与10Base-T、100Base-T完全兼容。不过,在五类UTP上达到1000Mb/s的传输速率需要解决五类UTP的串扰和衰减问题,因此,使得IEEE 802.3ab工作组的开发任务要比IEEE 802.3z复杂些。
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1000Base-T使用五类UTP作为网络介质,最长有效距离可达到100m。可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现100~1000Mb/s的平滑升级。
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1000Base-T基于非屏蔽双绞线传输介质,使用1000Base-T铜物理层(Copper PHY)编码解码方式,传输距离为100m。1000Base-T在传输中使用了全部4对双绞线并工作在全双工模式下。这种设计采用PAM-5(五级脉冲放大调制)编码在每个线对上传输250Mb/s。双向传输要求所有的4个线对收发器端口必须使用混合磁场线路,因为无法提供完美的混合磁场线路,所以无法完全隔离发送和接收线路。任何发送与接收线路都会对设备发生回波。因此,要达到要求的错误率(BER)就必须抵消回波。1000Base-T无法对频率集中在125MHz之上的频段进行过滤,但是使用扰频技术和网格编码能对80MHz之后的频段进行过滤。为了解决五类线在如此之高的频率范围内因近端串扰而受到的限制,应该采用合适的方案来抵消串扰。
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10 000Mb/s(万兆位)以太网主要有10GE以太网和40GE以太网两类。
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2002年6月,IEEE 802.3ae 10Gb/s以太网标准发布,其目的是将IEEE 802.3协议扩展到10Gb/s的工作速率,并扩展以太网的应用空间,使其能够包括WAN的连接。
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2003年5月,思科高级副总裁Cafiero指出,未来两年内以太网的最高传输速率可望提高到40Gb/s。目前借助Supervisor Engine 720引擎,思科公司的Catalyst 6500旗舰级交换平台已可以为每一接口卡提供40Gb/s的数据传输速率支持。
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