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2、以太网端口技术

2018年02月05日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4857字 ⁄ 字号 评论关闭

1、以太网连接需求

    (1)以太网连接必须保证网络的性能:网络带宽、网络时延
    (2)以太网的性能需求主要取决于不同的应用:电子邮件、文件传输、实时语音、视频
    (3)网络性能取决于许多不同的因素,其中一个重要因素就是用来连接设备的线缆的类型和布局

线缆的介质类型,主要以标准以太网、快速以太网、千兆以太网为主

2、以太网类型

    解决以太网连接带宽问题,增加带宽的两种方法:1)增加网络的总体带宽:组建交换式以太网,带宽独享;增加链路速率,10M-100M-1000M;2)减少在同一共享介质缆段上的设备数量减少用户。

    标准以太网只能支持10Mbit/s的数据传输速率,快速以太网能够支持100Mbit/s速率,千兆以太网支持1000Mbit/s速率

    (1)标准以太网(10Mbit/s),通常只定位在网络的接入层
    (2)快速以太网(100Mbit/s),应用范围较广,在接入层为高性能的PC和工作站提供100Mbit/s的接入,在汇聚层,提供接入层和汇聚层的连接,提供汇聚层到核心层的连接,提供高速服务器的连接,在核心层,提供交换设备间的连接。快速以太网的标准是IEEE 802.3u,可以使用现有的UTP(非屏蔽双绞线)或光缆,也支持标准以太网10Mbit/s的工作方式。做到了良好的向下兼容性。

    快速以太网传输距离:

技术标准 线缆类型 传输距离
100Base TX     EIA/TIA5类(UTP)非屏蔽双绞线2对 100m
100Base T4 EIA/TIA3、4、5类(UTP)非屏蔽双绞线4对 100m
100Base FX 多模光纤(MMF)线缆 550m~2km
  单模光纤(SMF)线缆 2km~15km

工作在全双工模式下的快速以太网可以同时以100Mbt/s的速率进行收发操作,数据发送和接收的传输通路是彼此独立的。

    (3)千兆以太网(1000Mbit/s),接入层一般不使用,汇聚层提供接入层和汇聚层设备间的高速连接,核心层提供汇聚层和高速服务器的高速连接,提供核心设备间的高速互联。具有堆叠功能的以太网交换机也是采用千兆口实现堆叠功能的,通常有菊花链模式和星型模式。

    千兆以太网传输距离:

技术标准 线缆类型 传输距离
1000Base T 铜质EIA/TIA5类(UTP)非屏蔽双绞线4对 100m
1000Base CX 铜质屏蔽双绞线 25m
1000Base SX 多模光纤,50/60.5um光纤,使用波长为850nm的激光 550m/275m
1000Base LX 单模光纤,9um光纤,使用波长为1300nm的激光 2km~15km

    千兆以太网使用1000BASE-X(8B/10B)编码可支持三种介质:光纤(单模和多模)、使用4对线的5类UTP(1000BASE-T)、特殊的两对线STP电缆(也称为短铜跳线Short Copper Jumper);1000BASE-X支持三种光纤:50um多模光纤、60.5um多模光纤、9/10um单模光纤;1000BASE-X支持两种用于激光驱动器的波长:短波(850nm,称为1000BASE-SX)、长波(1300nm,称为1000BASE-LX);每个连接需要两根光纤,分别用于接收和发送。

3、端口技术

    (1)自协商技术,以太网技术发展到100M后,出现一个如何与原来10M以太网设备兼容的问题,自协商技术就是为了解决这个问题。自协商功能允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端,并接受对方传递过来的相应信息,他使用修订过的10BASE-T来传递信息,自协商功能完全由物理层芯片实现,因此不使用专用数据报文或带来任何高层协议开销。
        自协商基本机制就是将协商信息封装进一连串修改后的“10BASE-T 连接测试收发波形”的连接整合性测试脉冲(快速连接脉冲FLP)。每个网络设备必须能够在上电、管理命令发出、或是用户干预时发出此串脉冲,从这些脉冲中抽取出数据就可得到对端设备支持的工作模式,以及一些用于协商的握手机制。为了保持与10BASE-T不具备自协商功能的设备兼容,自协商协议还具有接受与10BASE-T兼容的连接整合性测试脉冲(Normal Link Plus 普通链接脉冲 NLP)的功能,当一个设备不能对快速连接脉冲做出有效反应,而仅返回了一个普通链接脉冲时,他被作为一个10BASE-T兼容设备对待。

自协商基本页信息:

    在链路初始化时,自协商协议向对端设备发送16bit的报文并从对端设备接收类似报文。自协商内容主要包括速度、全双工、流量控制等

    与没有自协商机制的设备连接,会出现以下情况:无法实现端口的自动双速配置功能(如10Mbit/s和100Mbit/s)、无法确定双工工作模式、无法确定是否需要流量控制功能
    当对端设备不具备自协商功能时,当连接10BASE-T时,是通过识别10BASE-T设备每隔16ms发出的NLP信号来识别的;当连接100BASE-T时,是通过识别信号电平、时序及编码获得连接信息的。所以识别出10M或100M不通过自协商一样可以完成。

    如果对端设备不支持自协商,缺省的假设是:链路工作于半双工模式,不使用显式的流量控制机制。所以如果对端设备为强制10M全双工工作模式,和自协商的设备协商出来的结果将是:对端工作在10M全双工工作模式,自协商的设备工作在10M半双工的工作模式,这种连接虽然可以通信,但是必将会产生大量的冲突存在,需要避免。

    当协商双方都支持一种以上的工作方式时,需要一个优先级方案,IEEE802.3支持的五种模式优先级:

    自协商还可以通过发送下一页信息的功能来进行额外的信息交换,下一页信息的编码分两种:一种是消息页编码,另一种是非格式化页编码。

    光纤上的自协商:对光纤以太网,链路两端的工作模式必须使用手工配置(速度、双工模式、流控等),如果光纤两端的配置不同是不能正确通信的;千兆以太网的自协商机制已经实现。光纤上以太网自协商失败,没实现。

    (2)智能MDI/MDIX识别技术

   

以太网交换机属于MDIX设备,输出的以太网口属于MDIX接口,连接MDI类设备(如PC)时,需要使用普通(平行)网线,如果采用交叉网线,不能正确连接通信。如果以太网交换机以太网口具备智能MDI/MDIX识别技术,可自动识别连接的网线类型,用户不管采用普通网线或是交叉网线都能正确连接,也可以对端口进行配置。

    (3)流量控制(PAUSE)

    当通过交换机一个端口的流量过大,超过它的处理能力时,就会发生端口阻塞。流控的作用是防止在出现阻塞的情况下丢帧;在半双工方式下,流控是通过后退压力(backpressure)技术实现的,模拟产生碰撞,使得信息源降低发送速率;在全双工方式下流控遵循IEEE 802.3x标准。

    网络拥塞一般是由于线速不匹配(100M向10M端口发送)和突发的集中传输产生的,可能导致:延时增加、丢包、重传增加、网络资源不能有效利用。

    IEEE802.3x规定了一种64字节的“PAUSE”MAC控制帧的格式,当端口发生阻塞时,交换机向信息源发送“PAUSE”帧,告诉信息源暂停一段时间发送。

    全双工流量控制,IEEE 802.3x,交换机产生一个PAUSE帧,PAUSE帧使用一个保留的组播地址:01-80-C2-00-00-01,将他发送给正在方的站,发送站接收到该帧后,就会暂停或停止发送,PAUSE帧利用了一个保留的组播地址,他不会被网桥和交换机转发,这样PAUSE帧不会产生附加信息量。
    PAUSE功能应用的场合:一对终端(简单的两点网络)、一个交换机和一个终端、交换机和交换机之间的链路。PAUSE不能解决下列问题:稳定状态的网络拥塞、端到端流量控制、比简单“停-启”更复杂的机制

    (4)端口汇聚

    端口聚合(Port Aggregation),也称为端口捆绑、端口聚集或链路聚集,为交换机提供了端口捆绑的技术,允许两个交换机之间通过两个或多个端口并行连接同时传输数据以提供更高的带宽。
    端口汇聚的优点:一是增加了网络带宽,多个连接的端口捆绑成一个逻辑连接,捆绑后的带宽是每个独立端口的带宽总和;二是提高网络练级的可靠性;
    端口汇聚需要具备的条件:端口汇聚两端设备需要更多的端口;可能会使用更多的扩展模块;可能需要申请最新的驱动软件;需要对其正确配置和维护。
    端口汇聚的限制:不支持两个设备以上的应用;只适用于802.3协议族的MAC机制;只能工作在全双工模式下;所有捆绑的端口速率必须一致;捆绑的端口必须在一个模块中

    端口汇聚的实现原理:端口汇聚模型

端口汇聚技术不是将以太网帧进行分解,而是选择参与端口汇聚的其中一个物理链接将整个以太网帧发送出去,所以端口聚合的过程实际上就是如何将需要发送的以太网帧分发到某一端口的过程,另一端就是如何将不同端口发送来的以太网帧合并起来,使之等同于单一接口收到的数据。

端口聚合的应用:端口干路应用:

交换机到高速服务器或路由器的连接;交换机到交换机的连接,高速服务器(或高速路由器)之间的连接

4、端口配置,需要在以太网接口视图下进行:

    (1)配置端口的工作速率:配置命令:       
        speed  {10 | 100 | auto}  ——设置以太网接口的速率,auto(自协商)为缺省值
        undo speed ——以太网接口的速率恢复为缺省值
    (2)配置端口双工工作状态
        duplex {half | full | auto}  ——设置以太网接口的双工状态,半双工/全双工/速率自动协商
        undo duplex  ——以太网接口的双工状态设为缺省值  (auto)
    (3)配置端口的流控
        flow-cintrol  ——开启端口流控
        undo flow-control  —— 关闭端口流控,系统缺省值为Disable
    (4)配置端口的MDI/MDIX工作方式
        mdi {across | auto | normal}  ——设置以太网接口连接的网线类型 (交叉/自动识别/普通)
        undo mdi   ——恢复缺省值(auto)
    (5)配置端口汇聚:需要在全局视图下进行,物理连接上的两端设备均要配置
        link-aggregation port_num1 to port_num2  {ingress  | both} ——设置以太网汇聚接口
        undo link-aggregation  {master_port_num | all} ——删除以太网汇聚接口
        参数含义:
        port_num1:表示加入的以太网物理接口范围1。
        port_num2:表示加入的以太网物理接口范围2。
       ingress:表示根据源MAC地址进行数据帧的分发
        both:表示根据源MAC地址和目的MAC地址进行数据帧的分发。
        master_port_num:接口汇聚的主接口号,加入的接口中接口号最小的以太网物理接口最为master_port。
        all:删除所有聚合接口。
    (6)查看当前端口干路配置,在系统视图下
        display link-aggregation [master_port_num]  ——显示所有汇聚接口的信息 [特定汇聚接口master_port_num的信息]
    (7)显示端口的配置信息
        display interface [port_num] ——显示接口的所有信息
        port_num:单个以太网端口,表示方式为port_num={interface_type   interface_number   |   interface_name}

需要弄懂端口的命名方式,各种视图等

 

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