高速以太网

100BASE-T以太网:

在双绞线上传送100Mbit/S基带信号的星形拓扑以太网,使用CSMA/CD协议。

在100Mbit/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变,对于铜缆100Mbit/s以太网的一个网段的最大长度是100m,其最短帧长仍为64字节。

吉比特以太网:

(1)允许在1Gbit/s下以全双工和半双工2种方式工作。

(2)使用IEEE 802.3协议规定的MAC帧格式。

(3)在半双工方式下使用CSMA/CD协议,而在全双工方式不使用CSMA/CD协议。

半双工时必须进行碰撞检测。为保持64字节最小帧长度,以及100米的网段的最大长度,增加了2个功能:载波延伸、分组突发

载波延伸:

将争用时间增大为512字节。凡发送的MAC帧不足512字节时,就用一些特殊字符填充在帧的后面。

 分组突发:

当很多短帧要发送时,第一个短帧采用载波延伸方法进行填充,随后的一些短帧可一个接一个地发送,只需留有必要的帧间的最小间隔。这样就可以形成一串分组的突发,直到达到1500字节或稍多一些为止。

当吉比特以太网工作在全双工方式时,不使用载波延伸和分组突发。

与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。

吉比特以太网使用现有的以太网并使用光纤进行通信。

10吉比特以太网(10GE):

与10、100Mbit/s和1Git/s以太网的帧格式的完全相同。

保留IEEE 802.3标准规定的以太网最小和最大帧长。

只使用光纤作为传输媒体。

只工作在全双工方式,没有争用问题,不使用CSMA/CD协议。

现在以太网的工作范围已经扩大到城域网和广域网,实现了端到端的以太网传输。

PPPoE:在以太网上运行PPP

拓展的以太网

在物理层拓展以太网:

使用光纤拓展:主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器。

使用集线器拓展:使用集线器连成更大的以太网

【计算机网络】数据链路层_双工方式

 集线器优点:

使原来不同碰撞域的计算机能够跨碰撞域通信,扩大了以太网覆盖的地理范围。

集线器不能隔离碰撞域,也不能隔离广播域。

,如果每一个系的以太网最大吞吐量时10Mbit/S,因此三个系的总的最大吞吐量时30Mbit/s。但是把三个系用集线器连接起来后变成一个碰撞域吞吐量还是10Mbit/s。

碰撞域(冲突域):指网络中一个站点发出的帧会与其他站点发出的帧产生碰撞或冲突的那部分网络。每一个碰撞域中只有一个站发送数据。

在数据链路层拓展以太网:

早期使用网桥,现在使用以太网交换机。

网桥:工作在数据链路层,根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发,或者转发,或者丢弃。

网桥可以隔离信息,将网络划分成多个网段,一个网段的故障不会影响另一个网段。

交换机:工作在数据链路层,是多端口的网桥。可明显地提高以太网的性能。

交换机的特点:

交换机多接口的网桥,每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连,并且一般都工作在全双工方式。交换机具有并行性,能同时连通多对接口,使多对主机能同时通信。相互通信的主机都独占传输媒体,无碰撞地传输数据。

每一个端口和连接到端口的主机构成了一个碰撞域。(交换机可以隔离碰撞域)。

【计算机网络】数据链路层_网络_02

 接口有存储器,能在输出端口繁忙时把送来的帧进行缓存。

交换机是一种即插即用设备,其内部的帧交换表(地址表)是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。

使用专用的交换结构芯片,用硬件转发,其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多。

【计算机网络】数据链路层_网络_03

以太网交换机的交换方式:

存储转发方式:把整个数据帧先缓存,再进行处理

直通方式:接收数据帧的同时立即按数据帧的目的MAC地址决定该帧的转发接口

缺点:不检查差错就直接把帧转发出去,有可能转发无效帧。

以太网交换机的自学习功能:

开始时交换表是空的。

A先向B发送一帧,该帧从接口1进入到交换机。

交换机收到帧后,先查找交换表。没有查到应从哪个接口转发这个帧给B。

交换机把这个帧的源地址A和接口1写入交换表中。

交换机向除接口1以外的所有接口广播这个帧。

【计算机网络】数据链路层_双工方式_04

由于CD与帧目的不相符,CD把帧丢弃。

B向A发送一帧。该帧从接口3进入到交换机。交换机收到帧后,先查找交换表。发现交换表中的的MAC地址有A,表明发送给A的帧应该从1转发出去。于是把1转发给A。

交换机把这个帧的源地址B和接口3写入交换表中。

在交换表中每个项目都设有一定的有效时间。过期的项目自动被删除。

这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用,不必人工进行配置。

 理解:自学习方法类似缓存。只把没有的发送端的接口写入交换表。

题:

【计算机网络】数据链路层_吉比特以太网_05

 

【计算机网络】数据链路层_吉比特以太网_06

自学习方法中的兜圈子现象:

【计算机网络】数据链路层_双工方式_07

 A广播发送帧到234,然后1广播发送帧到234,2广播发送帧到134,4发送广播帧到312,形成一个环。

消除回路:使用生成树协议(STP)

不改变网络的实际拓扑,但在逻辑上切断某些链路,使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构,从而消除了兜圈子的现象。

【计算机网络】数据链路层_以太网交换机_08

理解:图的生成树

交换机集线器吞吐量:

【计算机网络】数据链路层_吉比特以太网_09

【计算机网络】数据链路层_网络_10

【计算机网络】数据链路层_双工方式_11

 

【计算机网络】数据链路层_网络_12

【计算机网络】数据链路层_以太网交换机_13

 

【计算机网络】数据链路层_吉比特以太网_14

【计算机网络】数据链路层_吉比特以太网_15

【计算机网络】数据链路层_双工方式_16

【计算机网络】数据链路层_以太网交换机_17