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局域网之快速网络技术

2019-10-08 07:37

 

  局域网技术发展的直接推动力是的飞速发展以及、多媒体技术的广泛应用。在过去的20年中,的速度提高了数百万倍,而网络的速度只提高了几千倍。今天,人们对的传输速率及其他性能的要求越来越高,如果Ethernet仍保持以前10Mbit/s的速率,显然是远远不能满足需要的。

  目前,提供高速传输的网络有快速以太网、吉比特以太网、ATM网络等,它们都能实现100Mbit/s以上的传输速率,是提高网络传输速率的有效途径。

  随着局域网应用的深入,人们对局域网提出了更高的要求。1992年,IEEE重新召集了802.3委员会,指示制定一个快速的局域网协议。但在IEEE内部出现了以下两种截然不同的观点。一种观点是建议重新设计MAC协议和物理层协议,使用一种“请求优先级”的介质策略,采用一种具有优先级、集中控制的介质方法,比CSMA/CD控制方法更适合于多媒体信息的传输。支持这种观点的人组成自己的委员会,建立了局域网标准,即IEEE 802.12,常被称为100VG-Any LAN。但是这种标准不兼容原来的以太网,所以后来的发展不大。另一种观点则建议保留原来以太网的和介质方法(CSMA/CD)不变,设法提高局域网的传统速度。

  后来IEEE 802.3委员会之所以决定保持传统局域网的原状,主要考虑到下面3个原因。

  标准的制定工作进展非常顺利,1995年6月由IEEE正式通过,并发布了称之为802.3u的标准。

  在技术上 802.3u 并不是什么新的标准,而只是现有 802.3 的延伸,人们称之为快速以太网(Fast Ethernet)。快速以太网的概念很简单,保留了802.3的帧格式、接口、软件规则以及CSMA/CD协议,只是将速率从10Mbit/s提高到100Mbit/s,相应的位时(bit的传输延迟时间)从100 ns减小到10 ns。从技术上讲,快速以太网可以完全照搬原来的10 Base-5和10 Base-2标准,只将最大电缆长度减少到原来的1/10并仍能检测到冲突。由于使用UTP的10 Base-T的连线方式具有明显的优点,所以快速以太网是完全基于10 Base-T而设计的,使用集线器,而不再使用BNC连接器和同轴电缆。

  100 Base-T 是现行 IEEE 802.3 标准的扩展,在 MAC 子层使用现有的 802.3 介质方法CSMA/CD,物理层做了一些必要的调整,定义了3种物理子层(Physical Layer PHY)。MAC子层通过一个媒体独立接口(Media Independent Interface,MII)与其中的一个物理子层相连接。MII和10 Base-T中的连接单元接口一样,提供单一的接口,能支持任何符合100 Base-T标准的网络设备。MII将物理层和MAC子层分割开来,这样物理层的各种变化(如和信号编码方式的变化)就不会影响到MAC子层。快速以太网的如图1所示。

  1)100 Base-TX。100 Base-TX需要2对高质量的双绞线:一对用于发送数据,另一对用于接收数据。这两对双绞线类非屏蔽双绞线类屏蔽双绞线 Base-TX网络节点与集线器的最大距离一般不超过100m。

  3)100 Base-FX。100 Base-FX的标准电缆类型是内径为62.5 µm、外径为125 µm的多模光缆。光缆仅需一对光纤:一路用于发送数据,另一路用于接收数据。100 Base-FX可将网络节点与服务器的最大距离增加到200m,而使用单模光纤时可达2km。100 Base-FX主要用于高速局域网的主干网,以提高网络主干速度。

  吉比特以太网(Gigabit Ethernet)是近几年推出的高速局域网技术,以适应用户对网络带宽的需求,在局域网组网技术上与ATM形成竞争格局。吉比特以太网是IEEE 802.3以太网标准的扩展,为IEEE 802.3z,其数据传输率为1000Mbit/s,即1 Gbit/s,也因此得名为吉比特以太网。

  以太网技术是当今应用最为广泛的网络技术,然而随着网络通信流量的不断增加,传统以太网在客户机/服务器计算环境中已很不适应。用户对网络信息量日益增长的需要与通信的拥塞之间的矛盾推动了快速网络的迅速发展。快速以太网(100 Base-T)以其高可靠性、易扩展性和低成本等优势成为了当今现有高速局域网方案中的首选技术。但是在桌面视频会议、3D图形、高清晰度图像等应用领域,快速以太网往往又显得力不从心,人们不得不继续寻求更高带宽的局域网。

  从目前的发展来看,最合适的解决方案是吉比特以太网。吉比特以太网与快速以太网相比,有其明显的优点。吉比特以太网的速度10倍于快速以太网,但其价格只为快速以太网的2~3倍。吉比特以太网可从现有的传统以太网和快速以太网的基础上平滑地过渡得到,用户无须再进行网络培训和投资额外的网络协议,也没有必要掌握新的配置、管理与故障排除技术,应用起来十分方便。

  吉比特以太网还可以将现有的10Mbit/s以太网和100Mbit/s快速以太网连接起来,现有的 100Mbit/s以太网可通过吉比特以太网交换机与吉比特以太网相连,从而组成更大容量的主干网,长期困扰网络的主干拥挤问题可以得到很好的解决。吉比特以太网虽然在数据、语音、视频等实时业务方面还不能提供真正意义上的服务质量(QoS)保证,但吉比特以太网的高带宽能克服传统以太网的一些弱点,提供更高的服务性能。总之,吉比特以太网未来发展和应用的前景十分广阔。

  1996年8月,IEEE 802.3委员会成立了802.3z工作组,主要研究使用多模光纤和STP的吉比特以太网物理层标准。1997年,IEEE又成立了802.3ab工作组,主要研究使用单模光纤和UTP的吉比特以太网物理层标准。IEEE 802.3z在1998年获得了IEEE 802委员会的正式批准,成为了吉比特以太网的标准。IEEE 802.3z只定义了MAC子层和物理层。在MAC子层,吉比特以太网与以太网和快速以太网一样,使用CSMA/CD方法。物理层则做了一些必要的调整,定义了新的物理层标准1000 Base-T。1 000 Base-T标准定义了吉比特媒体独立接口(Gigabit Media Independent Interface,GMII),GMII和快速以太网中的MII类似,同样都将物理层和MAC子层分割开来,这样物理层的各种变化(如和信号编码方式的变化)就不会影响到MAC子层了。吉比特以太网的如图2所示。

  1)1000 Base-CX。1000 Base-CX标准使用的是150Ω的屏蔽双绞线B编码方式,传输速率为1.25 Gbit/s,传输距离为25 m,主要用于集群设备的连接,如一个交换机房的设备互连。

  2)1000 Base-T。1000 Base-T标准使用的是4对5类非屏蔽双绞线编码方式,传输距离为 100m,主要用于结构化布线中同一层建筑的通信,从而可以利用以太网或快速以太网中已铺设的UTP电缆。

  3)1000 Base-SX。1000 Base-SX标准使用的是62.5 µm和50 µm两种直径、工作波长为850 nm的多模光纤,采用8B/10B编码方式,传输距离为275~550m,适用于建筑物中同一层的短距离主干网。

  4)1000 Base-LX。1000 Base-LX标准使用的是62.5 µm和50 µm两种直径的多模光纤和直径为5µm、工作波长为1300 nm的单模光纤,采用PAM5编码方式,最大传输距离可达5000m,主要用于校园主干网。

  1)简易性。吉比特以太网保持了传统以太网的技术原理、安装实施和管理维护的简易性,这是其成功的基础之一。

  2)技术过渡的平滑性。吉比特以太网保持了传统以太网的主要技术特征,采用CSMA/CD媒体控制方法,采用相同的帧格式及帧的长度,支持全双工、半双工工作方式,以确保平滑过渡。

  3)网络可靠性。保持了传统以太网的安装、维护方法,采用中央集线器和交换机的星形结构和结构化布线方法,以确保吉比特以太网的可靠性。

  4)可管理性和可维护性。采用简易网络管理协议,即传统以太网的故障查找和排除工具,确保吉比特以太网的可管理性和可维护性。

  5)低成本性。网络成本包括设备成本、通信成本、管理成本、维护成本及故障排除成本。由于继承了传统以太网的技术,所以吉比特以太网的整体成本下降了许多。

  6)支持新应用与新数据类型。随着计算机技术和应用的发展,出现了许多新的应用模式,对网络提出了更高的要求。为此,吉比特以太网必须具有支持新应用与新数据类型的能力。

  ATM技术问世于20世纪80年代末,是一种极具革命性的高速网络技术,这种技术提供了新颖的网络传输解决方案,并且是一种综合多项服务的技术。

  ATM是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换技术,充分吸取了分组交换高效率和线路交换高速的优点,克服了分组交换和线路交换方式的局限性,成为了宽带综合业务数字网(B-ISDN)的传递方式。

  ATM把不同长度的信息分割成一个个长度固定的小的数据碎片——信元(Cell)来加以传送,分割数据和传送数据的步骤都是靠硬件来完成的,非常快速。每个信元长53字节,其中5字节为信元头(Header),其余48字节为用户数据信息(User Data)部分。信元头字段包括信元的控制信息(如虚拟路径标识符、路由选择交换信息等)。ATM信元结构如图3所示。

  在实际工作中,ATM是采用虚电路方式来进行数据传递的。当ATM网中的一个工作站(发送方)要传送数据到另一个工作站(接收方)时,发送方首先根据对网络带宽的需求,发出连接建立请求。ATM接收到该请求后,根据当前网络状况选择从发送方到接收方的路径,并构造出相应的路由表。这样就在两个之间建立了虚拟连接,但这种连接只是一种逻辑连接,因为ATM网只需要为这条虚电路分配必要的网络带宽,而不需要建立真正的物理链路。仅当有足够的可用带宽时,ATM才允许连接。信元到达ATM时,再根据信元头部分的虚拟路径标识符(Virtual Path Identifier,VPI)从路由表中选择一个表项,该表项将决定应将该信元送到哪个输出端口。同时,新的VPI值可能放入该信元,然后信元传至下一。

  1)灵活、可变的带宽。在ATM中,用户可直接通过交换机按需建立虚电路,发送方可以对本次传输所需的服务质量(Quality of Service,QoS)提出要求,ATM交换机在确认有足够的网络资源时,将批准这一请求,使用户获得所需的带宽和一定的服务质量保证,有了这一保证,用户的多媒体信息便不会受到网上数据流量的影响,这对于传送实时的、交互式的信息(如语音、视频等)特别有利。

  2)对传输距离的依赖小,使局域网和广域网之间的区别变模糊。传统的网络技术在传输距离上都有很大的限制,正是由于这些距离上的差异才有了局域网和广域网的区别。ATM可以在很大的距离范围内(从几米到数千千米之外)传送各种各样的实时数据,并可用于广域网、城域网、校园主干网和大楼主干网等,从而使局域网和广域网的区别趋于消失。

  3)具有很高的数据传输速率,并可支持不同速率的各种业务。ATM支持的速率可以从桌面级的25Mbit/s到24 Gbit/s,这样高的传输速率对于提高网络性能、适应多媒体信息的传输是非常有好处的,并且ATM可以工作在任何一种不同的速度下,使用不同的传输介质和传输技术。

  4)可在局域网和广域网中提供一种单一的网络技术,实现完美的网络集成。这种无缝集成将很有可能会淘汰今天所使用的网桥和路由器。返回搜狐,查看更多




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