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1 千兆以太網(wǎng)和千兆路由交換機技術(shù)

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1、千兆以太網(wǎng)技術(shù)原理
1.1早期以太網(wǎng)技術(shù)
以太網(wǎng)：IEEE802.3定義了10Mbps的以太網(wǎng)標準 ， 采用載波監(jiān)聽和沖突檢測（CSMA／CD） 協(xié)議 ， 以半雙工方式運行 。從80年代末開始以太網(wǎng)取得了巨大的成功 。10BaseT是運行在3類或 更高類別的雙絞線上的以太網(wǎng) ， 10Base2／5是運行在同軸電纜上的以太網(wǎng) ， 10BaseFL是運行在 光纖上的以太網(wǎng) 。由于沖突檢測的協(xié)議要求一個512位的時間槽保證無錯誤的檢測到?jīng)_突 ， 所以 以太網(wǎng)的距離覆蓋范圍受到了限制 ， 10BaseFL最大的覆蓋距離為2km ， 10BaseT在一個網(wǎng)段內(nèi)的 最大覆蓋距離為100m 。
快速以太網(wǎng)：IEEE802.3u定義了100Mbps的快速以太網(wǎng)標準 ， 它可以用半雙工的方式運行 CSMA／CD協(xié)議 ， 也可以有全雙工的方式 。由于快速以太網(wǎng)對以太網(wǎng)的后向兼容性 ， 在90年代的 中后期 ， 快速以太網(wǎng)成為局域網(wǎng)中的主流技術(shù) 。100BaseTX是運行于5類雙絞線上的快速以太網(wǎng) ， 100BaseFX是運行于光纖上的快速以太網(wǎng) 。對于以半雙工方式運行的快速以太網(wǎng) ， 同樣也有距離 覆蓋范圍的限制 ， 并且由于快速以太網(wǎng)以100Mbps的速率運行 ， 時間槽長度同樣是512位 ， 所以 它的最大距離覆蓋范圍是以太網(wǎng)的1／10 ， 為200m 。但是對于全雙工方式運行的快速以太網(wǎng) ， 在理論上就不再有距離的限制 ， 而實際受限于電或光信號的衰減 。如實際中運行在單模光纖上 的100BasFX SMF的全雙工快速以太網(wǎng)最大覆蓋距離可達20km以上 。
1.2千兆以太網(wǎng)協(xié)議
1998年6月在千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟的推動下IEEE正式發(fā)布了千兆以太網(wǎng)標準IEEE 802.3 。把以 太網(wǎng)的速率提高到了1000MbPs 。而在此之前的1997年 ， 就已經(jīng)有很多的廠商迫不及待地推出了 千兆以太網(wǎng)的產(chǎn)品 ， 結(jié)網(wǎng)絡界帶來了全新的解決方案 。到了現(xiàn)在的2000年 ， 我們已經(jīng)可以很清 晰地看到 ， 不僅以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)在桌面和工作組級網(wǎng)絡中打敗了ATM ， 在城域網(wǎng)中 ， 千兆 以太網(wǎng)也憑借其良好的兼容性和優(yōu)異的性價比占據(jù)了絕對的上風 ?？梢灶A見未來隨著價格的下 跌 ， 千兆以太網(wǎng)會象快速以太網(wǎng)一樣普及 。
1.2.1 半雙工千兆以太網(wǎng) MAC層協(xié)議
對于快速以太網(wǎng)來說 ， 512位的時間槽內(nèi)電波或光可以傳輸400m遠 ， 假如在千兆以太網(wǎng)中 ， 512位的時間槽內(nèi)電波或光的傳輸距離則只有40m遠 ， 采用星型拓撲結(jié)構(gòu)的半雙工千兆以太網(wǎng)的 覆蓋半徑只有20m 。這樣的距離覆蓋范圍在實際中無法得到大規(guī)模推廣 。為了解決這個問題 ， IEEE對以太網(wǎng)的MAC層協(xié)議作了第一次重大修改：載波擴展和幀突發(fā) 。
（1）載波擴展
為了使千兆以太網(wǎng)的距離覆蓋范圍達到實用標準 ， 半雙工千兆以太網(wǎng)時間槽長度擴展到了 4096位 ， 這樣半雙工千兆以太網(wǎng)的距離覆蓋范圍擴展到了160m 。為了兼容以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng) 中的幀結(jié)構(gòu) ， 半雙工千兆以太網(wǎng)的最小幀長度仍需要保持為64byte 。但考慮到時間槽長度為51 byte ， 為了能夠匹配時間糟的長度 ， 當某個DTE發(fā)送小于512byte幀時 ， 半雙 工千兆以太網(wǎng)MAC 將在正常發(fā)送數(shù)據(jù)之后發(fā)送一個載波擴展序列直到一個時間精結(jié)束 。例如：某DTE發(fā)送一個64 byte幀 ， MAC將會在其后加入512-64＝448byte的載波擴展序列 。假如DTE發(fā)送的幀長度大于512 byte ， 則MAC不做任何改變 。
在載波擴展的情況下 ， 解決了半雙工千兆以太網(wǎng)距離覆蓋范圍的問題 ， 但引入了一個新的 問題：對于長度較小的以太網(wǎng)幀的發(fā)送效率降低了 。對于一個64byte的幀來說 ， 盡管發(fā)送速度 較快速以太網(wǎng)增加了10倍 ， 但發(fā)送時間增加了8倍 。這樣的效率并未比快速以太網(wǎng)提高多少 ， 為 了解決半雙工千兆以太網(wǎng)的效率問題 ， IEEE又引入了幀突發(fā)這種技術(shù) 。

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