[电脑基础知识]以太网及桥接技术.doc

以太网及桥接技术目 录目 录1.1 概述 41.1.1 局域网概述 41.1.2 以太网概述 51.2 以太网分层结构 71.2.1 以太网物理层 71.2.2 100M以太网物理层的工作原理 111.2.3 以太网MAC层 131.2.4 MAC层芯片的模块和接口 151.3 以太网互连 161.3.1 网桥 171.3.2 透明网桥 201.3.3 生成树算法 221.3.4 远程网桥 241.3.5 VLAN技术 261.4 以太网的发展 341.4.1 宽带接入技术的比较 341.4.2 基于UTP5的以太网接入 361.4.3 千兆以太网作为骨干网 36图目录图1. IEEE 802各分委员会的组成和作用示意图 6图2. 10M物理层芯片分层模型 9图3. 10M以太网的物理层和MAC层的接口 11图4. 物理层芯片的模块的分层结构 13图5. 以太网数据帧结构图 14图6. MAC芯片模块示意图 17图7. 网桥功能示意图 19图8. 网桥循环示意图 22图9. 生成树示意图 23图10. 进行生成树算法后的网络 24图11. 远程网桥示意图 25图12. 带有802.1Q标签头的以太网桢 30图13. 802.1Q标签头 30图14. 数据包处理流程 31图15. LANSWITCH互连VLAN互通示意图 33表目录表1 10M以太网的技术参数 16ii以太网及桥接技术以太网及桥接技术 关键词：以太网 桥接 LAN 802协议族 摘 要：本文描述了以太网的基本原理和发展过程，以及局域网的互连技术－－桥接技术。

缩略语清单：缩略语英文名词中文含义IEEE Institute of electrical and electronics engineers 电气和电子工程师协会ITUInternational Telecommunication Union国际电信联盟ITU-TTelecommunicationStandardizationSector of ITU国际电信联盟电信标准化分部（原CCITT）CCITTInternational Telegraph and Telephone Consultive Committee国际电报咨询委员会 TIA/EIATelecommunication Industry Association/Electronics Industry Association电信工业联合会/美国电子工业协会RSRecommended Standard推荐标准ISOInternational　Standard Organization国际标准化组织MACMedium Access Control媒体接入控制层，是数据链路层的子层PHYPHYsical sublayer物理层。

CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多路访问/碰撞检测，以太网的技术标准PLSPhysical Signaling Sublayer物理信令子层，以太网物理层的一个子层PMAPhysical Medium Attachment (PMA) sublayer物理媒体接入子层，以太网物理层的一个子层AUIAttachment Unit interfaces连接单元接口，PLS层和PMA层的接口MDIMedia Dependent Interface媒体相关接口，PMA与物理媒体的接口PCSPhysical Code Sublayer物理编码子层，100M以太网物理层新增的一个子层PMDPhysical Medium Dependent物理媒体相关层SFDstart-of-frame delimiter帧开始定界符EFDend-of-frame delimiter帧结束定界符MIIMedia Independent interfaces媒体无关接口GMIIGigabit Media Independent Interface千兆以太网媒体无关接口RMIIReduced Media Independent Interface简化MII接口SMIISerial Media Independent Interface串行MII接口。

NRZNone Return Zero code不归零码NRZINone Return Zero Invert code不归零极性反转码MLTMult Layer Type多层码用于100BASE-TX标准中RECONCILIATION调解子层1.1 概述1.1.1 局域网概述局域网(LAN)技术用于连接距离较近的计算机，如在单个建筑或类似校园的集中建筑中城市区域网(MAN)是基于10－100Km的大范围距离设计的，因此需要增强其可靠性但随着通信的发展，从技术上看，局域网和城域网有融合贯通的趋势IEEE是电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的简称，IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1至802.6，其标准分别称为标准802.1至标准802.6，目前它已增加到12个委员会，这些分委员会的职能如下：l 802.1--高层及其交互工作提供高层标准的框架，包括端到端协议、网络互连、网络管理、路由选择、桥接和性能测量。

l 802.2--连接链路控制LLC，提供OSI数据链路层的高子层功能，提供LAN 、MAC子层与高层协议间的一致接口l 802.3--以太网规范，定义CSMA/CD标准的媒体访问控制（MAC）子层和物理层规范l 802.4--令牌总线网定义令牌传递总线的媒体访问控制（MAC）子层和物理层规范l 802.5--令牌环线网，定义令牌传递环的媒体访问控制（MAC）子层和物理层规范l 802.6--城域网MAN，定义城域网（MAN）的媒体访问控制（MAC）子层和物理层规范(DQDB分布队列双总线)l 802.7--宽带技术咨询组，为其他分委员会提供宽带网络技术的建议和咨询l 802.8--光纤技术咨询组，为其他分委员会提供使用有关光纤网络技术的建议和咨询l 802.9--综合话音/数据局域网（IVD LAN ）定义综合话音/数据终端访问综合话音/数据局域网（包括IVD LAN、MAN、WAN ）的媒体访问控制（MAC）子层和物理层规范l 802.10--可互操作局域网安全标准（SILS ）定义局域网互连安全机制l 802.11--无线局域网定义自由空间媒体的媒体访问控制（MAC）子层和物理层规范。

l 802.12--按需优先（100VG-ANYLAN ）定义使用按需优先访问方法的100Mpbs 的以太网标准目前，IEEE标准802.1-802.6 已成为ISO的国际标准ISO8802-1~8802-6他们的组成和作用示意图如下图1. IEEE 802各分委员会的组成和作用示意图1.1.2 以太网概述802.3协议族描述了以太网的相关规范，包括：l 802.3： 定义了CSMA/CD标准的媒体访问控制MAC和物理层规范l 802.3u：定义100M的以太网技术标准，为802.3的一部分l 802.3z：定义1000M的以太网技术标准，为802.3的一部分IEEE802.3主要使用了带冲突检测的载波监听多路访问协议（CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）CSMA/CD与人际间的通话非常相似（即先听再说），假设很多人在聊天，同一时间只允许一个人讲话，协议的处理过程为：1、载波侦听：想发送信息包的站要确保现在没有其他节点和站在使用共享介质，所以该站首先要监听信道上的动静（即先听后说）；2、如果信道在一定时间段内寂静无声（称为帧间缝隙IFG），该站就开始传输（无声则讲）；3、如果信道一直很忙碌，就一直监视信道，直到出现最小的帧间IFG时段时，该站开始发送它的数据（一等到有空就讲）；4、冲突检测：如果两个站或更多的站都在监听和等待发送，然后在信道空时同时决定立即（几乎同时)开始发送数据，此时就发生碰撞。

这一事件会导致冲突，并使双方信息包都受到损坏，因此以太网在传输过程中不断的监听信道，以检测碰撞冲突（边谈边听）；5、如果一个站在传输期间检测出碰撞冲突，则立即停止该次传输，并向信道发出一个“拥挤”信号，以确保所有其他站也发现该冲突，从而摒弃可能一直在接收的受损的信息包（抛弃废话）；6、多路存取：在等待一段时间（后退）后，想发送的站试图进行新的发送一种特殊的随机后退算法决定了不同的站在试图再次发送数据前要等待一段时间二进制指数后退算法，即检测到n次冲突以后，则在0~2^n个时间片（512Bit时间）之间随机选择一个等待时间，一直等到成功发送为止IEEE 802.3u定义了100M快速以太网的标准，其采用的协议几乎与10M以太网完全相同，只是速率提高了10倍，传输的介质增加了对光纤的支持IEEE802.3z定义了1000M以太网的标准，千兆以太网针对不同的介质定义了不同的标准，如下表所示：物理层器件英文说明中文含义 1000BASE-X（IEEE 802.3z)1000BASE-SXDuplex multimode fibers 千兆双工多模光纤1000BASE-LXDuplex single mode fibers千兆双工单模光纤1000BASE-CXTwo pairs of specialized balanced cabling（千兆）两对特殊平衡线缆1000BASE-T （IEEE 802.3ab）Advanced multilevel signaling over four pairs of Category 5 balanced copper cabling四对五类平衡铜线走高级多层信号1000BASE-T接口 1.2 以太网分层结构与ISO七层模型对应，以太网对应于七层模型的物理层和数据链路层。

而以太网定义的规范则包括了数据链路层的MAC子层和物理层1.2.1 以太网物理层以太网物理层按照速率等级和传输介质来划分，如下所示：10BASE2: 采用细同轴电缆接口的IEEE 802.3 10Mb/s物理层规格 (参见 IEEE 802.3 Clause 10.)10BASE5: 采用粗同轴电缆接口的IEEE 802.3 10Mb/s物理层规格 (参见 IEEE 802.3 Clause 8.)10BASE-F:采用光纤电缆接口的IEEE 802.3 10Mb/s物理层规格 (参见 IEEE 802.3 Clause 15.)。