ccna技术主要讲解千兆以太网攻城狮

第一部第一部 千兆以太网基第1千兆以太网并不是凭空产生的，而是从一些计算机网络基础技术上发展起来的。它吸取了以太网20多年来的发展经验，利用了在此期间开发的许多先进技术。本章首先回顾以太网的发展历史，分析以太网能够成为主流局域网技术的原因，并千兆以太网得以发展的基础技术。第一部分的后续章节将详细介绍这些基础技术。1973-82：以太网的产生与1973年，位于加利福尼亚PaloAlto的Xerox公司提出并实现了最初的以太网。RobertMetcalfe博士被公认为以太网之父，他研制的原型系统运行速度是2.94兆字节每秒(3Mb/s)。这个实验性以太网(在XeroxX-Wire”)用在了Xerox公司早期的一些[1]—XeroxAlto。Xerox没能成功地将Alto或3Mb/sXerox公司内部，没有向外部[2]。1979年，Xerox与DE公司(DigitalEquipmentCorporation)，致力于以太网技术的标准化和商品化，并进该项技术在网产品中的用。这是一个很理想的合：Xerox拥有专利和技术，而DEC是当时最大的网络计算机供应商[3]。为了能确保容易地将商品化以太网集成到廉价中，在Xerox的要求下，In 公司也加入了这个，负责提供这方面的指导。由它们组成的DEC-In -erox(DIX)， 年月开发并发布了Mb/s版的以太网标准[DIX80]。这标所持唯一理质粗轴缆。1982年，发布了该标准的第2版。这版以网对令做略微改，增加网管理功能[DIX82]。与DIXIEEE成立了如今闻名的802计划，其目标是为LAN技术标准化提供广泛的工业框架。的第一次会议于年月在利福尼亚的旧金山召开。当802意识到无法将所有LAN统一到一个标准上时(而这恰恰是802的初衷)，该被分成了几个工作组(WG)，每个工作组从事不同的LAN技术研究。IEEE802.3研究基于以太网技术的标准，Alto工作站因促进 Macintosh的产生而闻名Alto工作站确实曾走出了。在·执政期间，XeroxAlto使用3Mb/s以太网，在白宫当然以总收益做衡量，IBM是计算机的主导制造厂商。不过DEC是小型算机因此DEC的市场拥有IBM的网络体系结构SNA是面向连接的，不像以太网那样提供无连接、尽力传递的服务，在当时可应用面较窄。 第一部分IEEE802.4和802.5工作组分别研究令牌总线与令牌环技术(关于IEEE802组织的详细情况请参1982-1990：10Mb/s1983年6月，IEEE个802.3标准。这个标准与DIX以太网标准相比，除了在一些不太重要的方面有所差别外，基本上使用的是相同的技术。实际上，两项标准文80年代随后的几年中，随着以太网市场的扩大，在这项基本标准中又增加了一系列中继器规范并可支持多种物理介质：适用于廉价桌面设备的细同轴电缆以及用于建筑物之间连接的光纤等。随着非双绞线结构化布线系统(参见第2章)的广泛使用，大多数以太网系统的基础结构发生了变化。在20世纪80年代期间，多数以太网都采用物理总线拓扑结构，使用粗或细的同轴SynOpticsCommunications公10Mb/s以太网信号的技术。该公司的一些发起人来自于最初开发以太网的XeroxPaloAlto。他们的产品LattisNet在商业上获得了成功，使这项技术了标准化。IEEE于1990年9月通过了使用双绞线介质的以太网(10BASE-T)标准，该标准很快成为办公自动化应用中首选的以太网技术。1983-1997：LAN网桥接与交换DEC在80年代初开发了第一个透明LAN网桥，并于1984年发布了商品化产品。虽然开始时网桥的性能不高、价格较贵，但它非常容易安装和使用，与当时其他产品(如网络互连路由器)相比，具有较好的性能价格比。网桥成为多个以太网互连的主流设备(参见第3章)。在80年代中期，许多新老制造商提供了各种各样的网桥产品。1987年，国际上开始研究把不同供应商的LAN1990年出现的IEEE802.1D标准。1991年，Kalpana公司成立，它致力于开发一种新型的以太网网桥。这种网桥可以连接大量的设备，所有端口可同时以全容量工作。这些作为“LAN交换机”的设备，不仅很快在传统的LAN互连中流行，而且还用于连接高性能计算机。之后，又有许多其他公司加入了交换机市场，导致交换机的价格迅速下降。使用交换机后，计算机可以LAN的带宽，而不再是多个设备共份带宽。这省去了控制机制，并且实现了“全双工以太网”(参见第4章)。1995年，IEEE802.3开始研究全双工操作的标准，并在1997年通过了一项标准[IEEE97]。1992-1997计算机性能和应用需求的增长，要求网络容量也同时增长。交换式LAN给每个桌面机带来了更大的带宽，它们不必再与其他用户共个信道。当然，大多数网络使用服务器，这些服务器仍然由许多用户共享。由于每个用户拥有带宽，因此对服务器的带宽需求变得1991~192，andJunction网络公司认识到要使桌面交换机真正达到实用，它们与共享资源(如服务器和主干网连接)之间就需要有一种更高速的连接。因此，该公司开发了一种高以网这网本征如格软接、制法，往太相第1章千兆网之前的以太 同，但是运行速度达到100Mb/s。这是一个巨大的成功，并且孕育了另一项工业标准。随后快速以太网标准[IEEE95]促使一批高容量以太网产品的诞生。注意，这是从最初DIX规1996在快速以太网的标准提出后不到一年，对千兆以太网的研究工作也开始了，这种网的速率可达到1000Mb/s15年来人们对网络容量不断膨胀的需要，它以惊LAN中得到广泛的部署。然而交换技术与快速以太网的结合无疑对网络服务器和园区主干网施加了更大的压力。千兆以太网正是为满足这种需要而发展起来的。许多公司开发并了的1000Mb/s以太网产品。1996年IEEE8023成立了一个标准开发任务组，1998年完成并通过了标准[IEEE98]。研究工作又向支持桌面应用的双绞线千兆以太网技术方面拓展。图1-1说明了在过图1-1以太网数据率增长趋现世上用以接已过1亿(写本时，数运于10Mb/s)。它们连接着个人计算机、服务器、网络互连设备、、测试设备、 交换机、有线电视机顶盒等设备，数量庞大并且日益增长。许多产品并没有将设备接入“传统”计算机网络的打算；以太网只是一个价格低廉、高速、通用的接口。以太网已经成为“90年代的RS-232，这正与其设计者当初的想法相吻合[SEIF83]。为什么会这样？以太网如此流行原因是什么？在20世纪80年代中期，当以太网系统逐渐得以广泛实现并发售时，IBM研制并向市场推出了它的令牌环技术，作为一个竞争性LAN替代系统。许多工业分析家预测，令牌环的市场 第一部分上述优点加上世界上最大的计算机公司的支持和已经通过的国际标准，还有一长串的设备供应商愿意也有能力供应令牌环产品，所有这些似乎表明那些分析家的将成为现实。但是事情并没有发生。没有人能够给出合理的理由。令牌环作为一种技术和产品是不成功的，它从没有达到以太网这样的广泛使用度和市场份额。令牌环在新产品中的销售曲线从来没有超过以太网，以太网一直占据优势[1]。令牌环在其全盛时期占领了20%~25%的LAN市场份额。最近几年，这个份额在逐年下降，几乎到了可以忽略不计的地步。令牌环技术为许多用户的商务通信问题提供了实际的解决方案。在其拥有20%市场占有率的时期，使许多设备供应商赚足了钱，但是它从来没有成为像以太网那样成功的产品。导致这种结果的原因之一是，虽然许多计算机公司到目前仍然生产令牌环的接口卡、集IBM是唯一家积极推行基于令牌环机制的计算机系统制造商。建立网络的最终目的是把支持用户应用的计算机连接起来。网络设备供应商提供这些计算机互连的产品，但是网络是一种而不是最终目的。以太网从一开始就得到了许多计算机制造商的支持，不仅包括最初的DIX，还包括其他许多计算机厂商，如SUN，Hewlett-Packard等。价格是。当一个问题有多种可选的解决方案时，价格最低的方案通常能够胜出。最终用户很少关心数据在网络上传输用的是环还是采用了一种分布式竞争仲裁方法，他们所需要的是把电缆插入到计算机中完成他们的任务。只要网络能够支持运行在接入计算机上的应用，那么很大程度上用户并不关心网络操作的内部细节。从更次上看，用户需要的是能支持其应用并且价格最低的网络技术。除非高价格的产品真正物有所值，用户没有理由花费的钱。高价位产品理应具有低价位产品所不具有的特性，并可运行在低价格产品上无法运行的应用。以太网就是一种比令牌环价格低的网络。许多人相信，如果令牌环能有以太网那么大的市场份额，它也会有以太网这样低的价格。也就是说，以太网之所以便宜就是因为它的市场占有率高。实际上并非如此。以太网比令牌环价格低有其根本原因，理解了这一点你就能真正了解网络产品成功的奥秘。千兆以太网与其替代技术，特别是异步传输模式TM(参见16章)之间也存在着同样的道理。以太别简单。它的确缺乏许多的特性和选项，而这对它没有任何损害，相反这还是一个优点，因为构造以太网使用的电路较少，由此可以降低成本。例如：优先权控制是复杂的。以太网没有优先权控制意味控制算法可以很简单。它不需要管理网络上当前的优先权级(而令牌环和令牌总线系统都存在这个问题)。这还有一个好处，没有优先权的网络是公平的，任何站点网络的可能性都与其他站相1995年，在参观位于北卡罗的ResearchTrianglePark的IBM网络产品开发时，我注意到一个祝第1000万个IBM令牌环接口的诞生的标语。IBM是世界上主导令牌环接口的厂家，这是10年以来的重要里程碑。而当时作为整个网络接口的主导制造商的3Com公司，每个月就要生产100万个以太网接口1997年这个数字翻了一番，每个月接近200万个，而3Com只占领了40%的以太网接口市场。第1章千兆网之前的以太 同，没有哪个站可以阻碍其他站的工作[1]以太网不需要控制站。令牌环采用了“动态”的思想，需要有一个站负责管理令牌环的算法比以太网更复杂。简单地说，令牌环LAN比以太网有可能的“状态(操作条件)。异常情况的数目(令牌丢失、线路连接中断、站点加入或离开等等)数量很大，上述因素导致，在完成相同的任务条件下，令牌环控制器比以太网控制器需要的电路。使用不到3000个等价门元件的硬编码逻辑(有限状态机)就可以实现以太网基本控制机制(CSMA/CD，详细信息参见第十章)。令牌环控制算法非常复杂，以致于通常在接口实现中要使用嵌入的微控制器(即在接口卡控制中的内部计算机)，在工作时微控制器需要从主机中加载软件。用简单的状态机构造这么复杂的网络控制器是不可行的。复杂性增加意味着电路增加。的电路等于更高的价格，高价格等于较少的销售量，就是这么简单。很明显，与产业中的现象一样，大销售量有助于降低价格。但是底层的复杂性问题是无法回避的。到1997年，用不到20就可以到10Mb/s以太网的个人计算机接口。而一个DIX贡献出他们唯一的LAN，以太网1980年，DEC、In和Xerox制定了10Mb/s以太网规范，该规范成为IEEE802.3标准的基DIX[2]。它们的想法是让其他人能尽量方便地得到以太网技术，进而制造以太网产品。这似乎与其最初的竞争利益不太一致。但从长远看，这种不把技术当作秘方的策略将使市场能更快发展。拥有巨大馅饼的一小片比只拥有属于自己的一块小蛋糕要好。Xerox[3][METC77,BOGG78]。使用以太网技术不需要付证费用[4]，Xerox甚至放弃了它对以太网名称的商标，允许自由地把它作为CSMA/CDLAN的通用名称。所有这些举动都使以太网易于融入新产品中。令牌环LAN(IEEE802.5)使用优先权，使得某些站点可以根据需要优先网络。令牌总线LAN(IEE8024)使用不同的优先算法。它在一个站点之内实行优先权。这种模型意味着的复杂性和开销，因为这种算法是站点中有多个发送队和接收队。结果是出现复杂的内存接口，并且很可能需要额外的内存。更有趣的是，令牌环支持8个优先级别，而应用程序很少使用这种性能。实际上令牌环上传输的每一个帧都是以最高用户数据优先级发送的。()每个站点都使用高优先级，结果是除了代价增加以外与没有优先控制是一样的。这仅指最初的DIX“蓝皮书”。[DIX80，DIX82]以该标准为基础的IEEE802.3 在IEEE802.3的开发和标准化之前，以太网的地址块(见第5章)由Xerox公司分配。对于块地址分配，Xerox$1000，作为的、全世界范围内，非专有的免版税的证，拥有该证可以使用[METC77]和[BOGG78]中的专利。当地址分配权利转移到IEEE，Xerox甚至放弃了这种一般的证做法。(但是IEEE仍然$1000，大概是支付用并且确保每个不会申请自己的地址块！在IEEE802标准的十庆典上，以太网的最早发明人RobertMetcalfe博士，在谈及以太网与IEEE8023之间是否有所不同时说：“我发明了以太网，我说明了以太网的含义。而我要说以太网就是 第一部分1979Apple、modore64、早期的8088“盒”式机或其他类似的机器。它们今天除了用作古董外，已经没有实用的价值。没有人会认真地考虑在现代通用PC中使用其技术(如8080处理器)。类似地，那个年代的磁盘技术—低密度的8英寸软盘和有洗衣机大小的硬盘驱动器也已经，取而代之的是改进后的高密度、小体积、低价格的产品。计算机相关技术的发展非常迅速，常常在当前产品被淘汰时，我们甚至还没有付清钱！[BARR96]1MZ6502(AppleII)的机器上运行今天的应用程序。但是共享式10Mb/s以太网在很多组织中仍工作良好。从运行的角度看，这是一种从1980年起就未改变的技术。当古老的计算机技术只能用来在博物馆展览时，古老的网络技术如何能够很好地为我们服务？计算技术与通信技术长时间来有一种稳定的变化关系。这两种技术的发展并不同步。在某个时期内，计算性能可能超过当时的通信技术，而另一个时期内，通信技术又可能超过当时的计算性能。系统性能要么受到了通信系统的限制，要么受到了使用这些通信信道的计算1-2计算能力出通讯能 通信能力出计算能图1-2计算与通20世纪70年代，随着微处理器到高端超级小型机和大型计算机的发展，计算技术有LAN或计算机通信技术上却没有同样的发展。甚至到了20世纪70年代后期，大多数计算机间的通信用的是RS-232串行连接，速率为19.2Kb/s。当时已有商业化的低速(1-2.5Mb/s)LAN(的et和Corvus公司的OmniNet)，但是它们都是专用的，并且使用范围不广。以太网把钟摆摆得很远，它穿过墙进入了另一个房间，10Mb/s的网络远远超出了那个时代计算机的需求和性能。在1983年，即使VAX超级微型计算机也不能充分利用10Mb/s(也就是说，它不能以LAN的全数据速率发送和接收数据，参见第15章)。大多数观察家和用户认为以太网的设计太野心勃勃了。世界不需要10Mb/s1Mb/s网络，从最初引入10Mb/s以太网，到普通桌面微机能以全网络速度进行持续的数据传输，用第1章千兆网之前的以太 了十年的时间[1]。在那段时期，以太网缺少升级的驱动力是毫不奇怪的，10Mb/sLAN实际上到20世纪90年代，钟摆已经从另一个房间摆回，并开始摆过中点。一般的桌面计算机都能够轻易地占满10Mb/s的LAN，而支持多用户的服务器则需要更大的通信容量。因此快速以太网(以及交换机，第3章中讨论)发展起来，并且迅速流行。快速以太网市场的发展甚至比其18100Mb/s接口迅速成为一种低价产(并且也不能利用)快速以太网，但是100Mb/s接口，这与早些年人们使用10Mb/s以太网的原因相同：它们并不昂贵，并且能支持随时间增长的性能需要。当然，随着桌面网络性能的提高，对服务器与主干网络的需求也增加了，并且是在一个10Mb/s100Mb/s主干网及服务器连接是合适的。随着桌面从10Mb/s迁移到100Mb/s，主干网与服务器的需求也有类似的增长。千兆以太网使得钟摆在另一个方向上不会摆得太远，也就是说，使得计算性能过通信网络太多。当以太网首次广泛地应用于商业时，它只支持单一数据率(10Mb/s)以及一种物理介质(粗同轴电缆)。因此术语“以太网”毫无争议地专指这种系统。然而这种简明特点没有保持很长时间。基于花费小、易安装、易，以及能在恶劣环境中使用等方面的考虑，以太网被不断修改，并在其中逐渐增加了一系列物理介质。一般地说，商业产品市场，随之而来的是制定在这些新介质的操作标准。稍后，数据率也可能发生变化，这又导致出现的物理为避免使用这样累赘的称呼，如“使用两对第三类双绞线的10Mb/s以太网”或“使用长波激光光纤的千兆以太网”，IEEE802.3定义了一种缩写符号来表示以太网的某一标准实现。因此，某个以太网实现被称为：n-信号- 信号：如果采用的信号是基的，即物理介是由以太网的，不与其的通信系统共享，则表示成BE；如果信号是宽带的，即物理介质能够同时支持以太网和其他非以太网的服务，则表示BR[3]。物理介质：表示介质类型，在最早使用这种表示法的一些系统中,“介质”表示以m为单位的最大电缆段长度(以100m为基数)，在以后的系统中，这种习惯改变了，一个带有网络接口和设备驱动的高端486级PC就能够充分利用10Mb/s的LAN在共享式LAN迟。即使这样，10Mb/s的容量也远远超过了当时的需要使用宽带信号的以太网是10BROAD36，它允许以太网运行于私有的CATV系统的三个信道(在每个方向上)上。其他的服务(宽带电视、点对点的调制解调器等等)也可以同时使用其他信道。这个系统并不是很流行，主要原因是成本太高。 第一部分1Mb/s

表1-1以太网介质名 非双绞线(UTP，1对)，最长500m(“星型局域网10Mb/s 粗同轴电缆，最长500m(最早的以太网 细同轴电缆，最长 宽带方式，使用三个信道(每个方向)的私有CATV系统，最大直径10BASE- 2对3类(或更好的10BASE- 10Mb/s光纤系统的通用名10BASE- 带有异步主动控制器的2路多模光纤，最长10BASE- 带 控制器的2路多模光纤，最长10BASE- 带有同步主动控制器的2路多模光纤，最长100Mb/s系100BASE- 所有100Mb/s系统的通用表示100BASE- 使用4B/5B编码的所有100BASE-T100BASE- 2对5类UTP，最长100BASE- 2路多模光纤，最长100BASE- 4对3类(或更好的)UTP，最长100BASE- 2对3类(或更好的)UTP，最长1000Mb/s系1000BASE- 使用8B/10B编码的所有1000Mb/s1000BASE- 2对150双绞线，最长1000BASE- 使用短波激光的2路多模或单模光1000BASE- 使用长波激光的2路多模或单模光1000BASE- 4对5类UTP，最长①1BASE5系统是在10Mb/s10BASE-T之前研制的。它从来没有被成功地商品化，并且被完全融进了10BASE-。然100Mb/s以太网族包括光纤，但还是把它们通称为100BASE-T 千兆以太网在网络技术发展中是一种演进，而不是一次。它不是向壁虚构的，也不是来源于一个突发的灵感[IEEE90a]，而是合乎逻辑的一次技术进步。它对那些需要高速操作的应用做了全盘的考虑，并在以太网技术上做了改进，以满足这些应用的需要。正如在本书这部分的其他章节中详细讨论的，千兆以太网建立在以下技术发展的基础上：从共享的LAN介质到介质的转变。以太网最初使用共享的同轴电缆，随着10BASE-T的发展，采用星型结构、电缆连接每个接入设备具有明显的优点。100Mb/s和千兆在“老式的”长度表示方法中，在信号类型与物理介质名称之间是没有连线 (例如，10BASE510BASE2)，这也是新旧表示方法的一个不同点。后来的表示方法中通常使用线(如10BASE-T和100BASE-FX)来表示含