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以太网技术的发展和应用

王朝other·作者佚名  2008-05-19
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80年代中期由IEEE制订的802.3LAN标准,是在Xerox、DEC、Intel三家公司开发的以太网基础上制订的。以太网采用有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)介质访问控制(MAC)机制,管理各个节点设备在网络总线上发送信息。初期的以太网是用同轴电缆作成的总线型拓朴的网络,数据通信速率为10Mb/s。由于以太网的性能价格比高,容易普及使用,特别是在我国,几乎绝大部分的局域网都采用以太网技术。用同轴电缆安装局域网在敷设电缆布线时,不很方便,特别是使用粗同轴电缆的情况。80年代后期,由IEEE发展和制订了一种称为10BASET的新型以太网标准,使用普通电话接线用的UTP(不屏蔽绞线对)电缆布线,并且使用集线器提供连接节点设备的端口,把原来的以太网在物理上是总线型的拓朴,改变成星型的拓朴,但是在逻辑上仍是总线型的。10Base-T以太网出现以来,虽然从集线器到节点设备的接线距离限在100m以内,但是由于它的电缆布线和建筑物内的电话布线相兼容,并且安装和拆除节点设备很是方便,所以很快得到普及应用,目前绝大多数的传统以太网都是以10BaseT的形式使用的。

在传统的以太网普及使用后的许多年内,由于当时的PC是在386和386以下的档次,PC单机的信息吞吐量不大,传统以太网具有的10Mb/s的通信速率可以较好地适应PC在局域网上的通信要求。但是,从90年代初以来,有以下三种因素改变了这一情况。

1. PC的档次不断提高,如“奔腾”机和更高档次的高档PC,一台PC的数据吞吐量足以占用传统以太网的全部带宽。

2. 各个使用局域网通信的单位,由于业务扩展的需要,在网上随意增加节点设备,而又未及时作成LAN的分段,发生过多的PC争用10Mb/s带宽的状况,导致网络过载。

3.应用程序的复杂化,如群件(groupware)、大型文件传送、因特网向导,这些应用都造成在LAN上产生过大的数据通信量。

在局域网上合理调配通信节点的分布,可以在一定程度上缓和LAN通信的拥挤情况,但是存在一个极限,到无法解决时,要寻求新的提高LAN性能的途程。

LAN交换机和100Base-T集线器

在以太网技术演讲过程中,很重要的进展是在90年代初引入的以太网交换技术和快速以太网(100Base-T)技术。这两种技术都保持了传统的以太网的CSMA/CD特性,因而与传统以太网兼容,保护了原有的网络基础设施的投资,同时又使以太网的技术性能得以大幅度的提升,提高了它的使用价值。

100Base-T使用和传统以太网10Base-T相类似的集线器,但是网络布线要使用第5类UTP(10Base-T可以使用第3类UTP),并且使用100Base-T的网络接口卡。从10Base-T到100Base-T的网络升级较为容易,接线长度也是100m,使用快速以太网,用增加2至3倍的投资可以得出10倍于传统以太网的性能。

使用集线器的特点是不管数据包要到达的目的地端口,它把接收到的数据包转发到所有的端口,因而一个集线器上的所有端口形成一个广播域。集线器的峰值和积累的吞吐量是相同的。在集线器上的多个用户共享LAN的有效带宽。集线器在同一时刻只容许有一个通信会话。集线器上的端口数目增多时,就有更多数目的用户共享LAN的有效带宽,其结果是减慢了网络的响应。

由于100Base-T具有10倍于10Base-T的带宽,因此在相同的时间间隔内,100Base-T网络能够传送10倍于10Base-T网络所能传送的数据量。100BaseT集线器技术于1995年制订成标准。近几年来作为提高传统以太网的手段,单独使用或者和传统的以太网配合使用,已逐渐普及。

交换机是一种更为复杂的设备。它基于数据包的实际目的地地址,即第二层的MAC(介质访问控制)地址,把数据包转发到有关的端口。用保持每个节点设备的MAC地址和它所处的交换机上端口的对照表。当查到实际的目的地地址后,建立虚连接,即暂时地作成源和目的地端口的连接,完成数据包的传送。在完成传送后,终止这个连接,交换机的工作速率愈高,可以同时支持更多个通信信道的连接。其中每个连接保持网络原有的带宽。例如,10Base-T LAN交换机,交换的每个信道带宽为10Mb/s;100Base-T LAN交换机,交换的每个信道带宽为100Mb/s.如有八个端口的10Base-T LAN交换机,能够同时提供四个10Mb/s的通信连接,其积累的吞吐量为40Mb/s。

交换的以太网和快速的以太网是兼容的技术,可以单独地使用它们中的一种,也可以在同一个互连网络(internetwork)中一起使用它们。它们都能够明显地和经济有效地提高桌面机、工作组、服务器和局域网干线的性能。原来是一个结构简单、用传统以太网作成的企业网,在企业的业务扩大,要求升级企业网的功能时,这两种技术应当是首选的目标。

使用以太网交换机的优点

1. 扩展传统以太网的带宽:每个以太网交换机的端口对用户提供专用的10Mb/s带宽,由交换机所提供的端口数目可以灵活有效地伸缩带宽性能,也可以由以太网交换机提供100Mb/s的快速以太网端口,用以连接高速率的服务器和网络干线LAN段,以进一步提高网络性能。

2. 加快网络响应时间:在以太网交换机端口上,可以由少数几个用户共享同一个10Mb/s的带宽,甚至只有一个用户独占10Mb/s带宽。这样可以明显地加快网络的响应速度。这是减少甚至消除了在网络上发生数据包碰撞的直接结果。

3. 部署和安装的费用低:以太网交换机使用现有的10Mb/s的以太网电缆布线(一般可以使用第3类UTP),原有的网络接口卡,集线器和软件,保护了企业网原有的投资,在互连网络中加进一台以太网交换机通常简便可行。

4. 提高网络的安全性:因为交换机只对和数据包的目的地地址相联系的端口送出单点传送的数据包,其它地址的用户接收不到通信。当每个交换机端口支持单个用户,或者当部署虚拟LAN的情况,提高网络安全性的程度是最大的。

使用快速以太网的优点

无论是单独使用,或者把它和以太网交换机联合使用时,快速以太网集线器都提供直接的性能优点,包括:

1. 提高以太网的原生带宽:在任何环境下,即便不使用交换机,快速以太网使网络的原生带宽达到100Mb /s,它特别适用在具有突发的通信和传送大型数据文件的应用环境中。

2. 对“奔腾”和其他高档的PC工作站提供强力的网络支持:高档PC一般使用EISA或PCI总线,要获得这类计算机的完整的性能优点,要求通信网络具备100Mb/s的吞吐量。

3. 简便和容易安装使用:不需要装额外的软件或者设置参数,只须简便地把100Mb/s网卡插入快速以太网集线器中,便可以实现快速以太网的性能。

4. 低的部署费用:在有第5类UTP电缆接线和10/100 Mb/s自动转换网卡的新网络环境中,在每个端口的基础上,快速以太网集线器装置的费用大致和以太网集线器相当。快速以太网也保留传统以太网的技术知识和在管理工具以及应用软件方面的投资。

联合使用交换的以太网和快速以太网

在大多数情况,如中、大规模的企业网中,以太网交换机和快速以太网集线器是互相配合使用的,而不是两者之中择一的计划。两者配合在一起工作,经济有效地优化网络性能。

例如:在一个中、大型的企业网中,使用办公自动化和文字处理应用的一般用户能够保持在连接到以太网交换机的10Base-T集线器上,共享10Mb/s的带宽;从事工程设计,财会处理的用户能够取得在以太网交换机上专用的10Base-T端口,以便独占10Mb/s的带宽;有更高数据吞吐的用户,如有大型文件传输、图像密集处理的用户,能够连接到100Base-T集线器的端口上,取得100Mb/s的带宽。此外,100Base-T集线器也能够提供对公司级服务器的访问,也可以用作互相连接交换机的干线。

图1表示使用100Base-T集线器和以太网交换机构成的能够提供上述应用特点的互连网络结构。

千兆位以太网

对LAN的带宽需求是没有限制的。继交换的以太网和快速以太网技术以后,业界在1994年又提出了千兆位以太网的设想,并且在1998年上半年建立了在光纤和短程铜线介质上运行的千兆位以太网技术标准,同时已由某些网络厂商推出了相应的产品。

千兆位以太网更显著地提高了传统以太网的原生带宽,比后者高出100倍,此外,它具备以下特点:

1. 千兆位以太网使用传统的CSMA/CD介质访问控制协议。因此它和传统以太网,快速以太网有良好的兼容性,容易互相配合在一起工作,网络的升级也很容易。

2. 保护原有网络的投资。可以保留现有网络的应用程序、操作系统和网络层协议。原有的网络管理软件也适用于千兆位以太网。

3. 千兆位以太网是迄今数据速率最高的局域网,但是它和快速以太网等同一族的局域网相同,是对数据通信优化设计的。因此,它不具备像ATM LAN所特有的多媒体通信的适用性能。

4. 千兆位以太网可用于多种传输介质。如短程和长程铜线、多模和单模光纤、在短程铜线(第5类UTP)上的通信距离为25~100m,在单模光纤介质上的通信距离为2km。

5. 以低的成本费用提供网络升级。它以2~3倍当前快速以太网的成本,提供10倍于后者的性能。对用户和网管人员无需作新的培训,网管工具和应用程序可以保持不变。

6. 千兆位以太网和ATMLAN是当前两种最新型的高速局域网技术,前者比后者易于实现,立即能够收到提高网络性能的效果。

千兆位以太网的应用

1. 提供高速的交换机与交换机之间的连接

在两台快速以太网交换机之间需要有高速数据通信连接的情况,用千兆位以太网连接取代这两台交换机之间的100Mb/s速率的连接,是适当的应用例子。网络管理人员需要在两台快速的以太网交换机上安装千兆位以太网接口模块,通过它连接两台交换机。通过千兆位以太网段的高速连接使原有的互连网络系统能够支持更多的交换式和共享机快速以太网。为用户提供加强的对所有局域网资源的访问能力。如图2所示。

2、提供高速的交换机与超级服务器的连接

网络管理人员需要在交换机和超级

 
 
 
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