第 6 章以太网组网技术

基本要求：基本要求：

理解以太网组网技术、快速以太网组网技术、千兆位以太网技术以及万兆位以太网技术；掌握组建以太局域网所需的设备和集线器的级联。

基本要求：基本要求：

理解以太网组网技术、快速以太网组网技术、千兆位以太网技术以及万兆位以太网技术；掌握组建以太局域网所需的设备和集线器的级联。

第 6 章以太网组网技术

教学重点和难点：以太网组网技术；快速以太网组网技术；千兆位以太网技术；万兆位以太网技术；组建以太局域网所需的设备；集线器的级联。

教学重点和难点：以太网组网技术；快速以太网组网技术；千兆位以太网技术；万兆位以太网技术；组建以太局域网所需的设备；集线器的级联。

第 6 章以太网组网技术

6.1 以太网（ IEEE802.3 ）标准

IEEE 802.3acIEEE 802.3ac: : 描述描述 VLANVLAN 的帧扩展（的帧扩展（ 19981998 ）。）。IEEE 802.3adIEEE 802.3ad: : 描述多重链接分段的聚合协议描述多重链接分段的聚合协议（（ Aggregation of multiple link segmentAggregation of multiple link segmentss ）（）（ 20002000 ）。）。IEEE 802.3anIEEE 802.3an: : 描述描述 10GBase-T10GBase-T 媒体介质访问媒体介质访问方式和相关物理层规范。方式和相关物理层规范。IEEE 802.3abIEEE 802.3ab: : 它定义了它定义了 1000Base-T1000Base-T 媒体接媒体接入控制方式法和相关物理层规范。入控制方式法和相关物理层规范。

IEEE802.3IEEE802.3 标准主要有：标准主要有：


IEEE 802.3iIEEE 802.3i: : 它定义了它定义了 10Base-T10Base-T 媒体接入媒体接入控制方式和相关物理层规范。控制方式和相关物理层规范。IEEE 802.3uIEEE 802.3u: : 它定义了它定义了 100Base-T100Base-T 媒体接入媒体接入控制方式和相关物理层规范。控制方式和相关物理层规范。IEEE 802.3zIEEE 802.3z: : 它定义了它定义了 1000Base-X1000Base-X 媒体接媒体接入控制方式和相关物理层规范。入控制方式和相关物理层规范。IEEE 802.3aeIEEE 802.3ae: : 它定义了它定义了 10GBase-X10GBase-X 媒体接媒体接入控制方式和相关物理层规范。入控制方式和相关物理层规范。

6.1.1 6.1.1 以太网技术以太网技术

1. IEEE 802.3 MAC1. IEEE 802.3 MAC 帧格式帧格式

前导码 SFD FCS数据 / 填充数据长度源地址目的地址

7字节 4字节46-1500字节

2字节6字节6字节1字节

FCS 范围

最小 64 字节

最大 1518 字节



IEEE 802.3IEEE 802.3 即以太网，是一种总线型局域网，即以太网，是一种总线型局域网，使用的介质访问控制方法是使用的介质访问控制方法是 CSMA/CDCSMA/CD （载波侦听多（载波侦听多路访问路访问 // 冲突检测），帧格式采用以太网格式，即冲突检测），帧格式采用以太网格式，即802.3802.3 帧格式帧格式 ,, 以太网是基带系统，使用曼彻斯特以太网是基带系统，使用曼彻斯特编码，通过检测通道上的信号存在与否来实现载波编码，通过检测通道上的信号存在与否来实现载波检测。检测。

2. 2. 以太网以太网 MACMAC 子层子层

2. 2. 以太网物理层以太网物理层


以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光缆同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光缆等多种传输介质，并且在等多种传输介质，并且在 IEEE802.3IEEE802.3 标准中，标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准。为不同的传输介质制定了不同的物理层标准。

以太网的物理层以太网的物理层

10Base-10Base-5 5 粗缆粗缆

10Base-2 10Base-2 细缆细缆

10Base-10Base-T T 双绞线双绞线

10Base-F 10Base-F 光缆光缆

以太网以太网CSMA/CDCSMA/CD

AUIAUI


IEEE 802.3i 10MbpsIEEE 802.3i 10Mbps 以太网的基本特以太网的基本特性性IEEE 802.3i 10MbpsIEEE 802.3i 10Mbps 以太网的基本特以太网的基本特性性

特性 10Base-5 10Base-2

10Base-T 10Base-F

速率（ Mbps ） 10 10 10 10

传输方法基带基带基带基带最大网段长度

（ m）500 185 100 2000

站间最小距离（ m）

2.5 0.5

最大长度 2.5km 925m 500m

传输介质 50 粗缆 50 细缆 UTP 多模光缆网络拓扑总线型总线型星型星型



(1) 10Base-5

插入式分接头 MDI

主机箱

收发器电缆

网卡

MAU

保护外层外导体屏蔽层

内导体

收发器

DB-15连接器

总线型拓扑；总线型拓扑；

粗同轴电缆粗同轴电缆

BD-15BD-15 连接器连接器

收发器收发器

收发器电缆收发器电缆 (AUI(AUI 电缆电缆 ))


粗缆以太网粗缆以太网 10Base-510Base-5粗缆以太网粗缆以太网 10Base-510Base-5

网段最大长度 500m ，每段最多结点数 100

网络最大长度 2.5km

两结点间最小距离 2.5m

收发器

中继器

终端电阻

收发器电缆

粗缆



(2) 10Base-2

总线型拓扑总线型拓扑细同轴电缆，可靠性稍差细同轴电缆，可靠性稍差 TT 型接头连接型接头连接 BNCBNC 接头网卡接头网卡用于办公室用于办公室 LANLAN

细缆细缆

BNC BNC 接头接头NICNIC

细缆以太网细缆以太网 10Base-210Base-2 细缆以太网细缆以太网 10Base-210Base-2

网段最大长度 185m ，每段最多结点数 30

网络最大长度 925m两结点间最小距离 0.5m

中继器

终端电阻

细缆



(3) 10BASE-T

以集线器或交换机为中心的星形拓扑以集线器或交换机为中心的星形拓扑 ;;

用双绞线作为传输介质用双绞线作为传输介质 ..

集线器采用了专门的芯片，能自适应串间回波抵消。

使用集线器的以太网在拓扑结构上是星状拓扑，但在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。

一个集线器有多个端口，每个端口通过 RJ-45 接头用两对双绞线与一个工作站上的网卡相连。如图

集线器工作在物理层，它的每个端口都具有发送和接收数据的功能。相当于一个多口的中继器。


双绞线


6.1.2 快速以太网技术 6.1.2 快速以太网技术

介质访问控制方法：介质访问控制方法：

数据传输速率：数据传输速率：

协议标准：协议标准：

帧格式：帧格式：

编码技术：编码技术：

CSMA/CDCSMA/CD

100Mbps100Mbps

IEEE 802.3uIEEE 802.3u

IEEE 802.3IEEE 802.3

4B/5B4B/5B



1. 1. 快速以太网的体系结构快速以太网的体系结构

2 对 5 类UTP 或 1类 STP

4对3、 4、 5类 UTP

2 芯光纤传输介质传输介质

LLC 802.2LLC 802.2

100Base-T100Base-TCSMA/CDCSMA/CDMII

100Base-100Base-TXTX

100Base-100Base-T4T4

100Base-100Base-FXFX

数据链路层数据链路层

物理层物理层


2. 100Base-T 物理层

物理层协议线缆类型线缆对数最大分段

长度编码方式优点

100BASE-T4

3/4/5类 UTP4对 (3D,1冲突检测 ) 100M

8B/6T

3类UTP

100BASE-TX

5 类 UTP/RJ-45 接头 1类 STP/DB-9接头

2对 100M4B/5B

全双工

100BASE-FX

62.5m单模 /125m 多模光纤， ST或 SC 光纤连接器

1对 2000M4B/5B

全双工长距离

100BASE-T 100BASE-T 的三种不同的物理层协议的三种不同的物理层协议100BASE-T 100BASE-T 的三种不同的物理层协议的三种不同的物理层协议


自动协商适用于自动协商适用于 10/100Mpbs10/100Mpbs 双速以太网卡。例如，如双速以太网卡。例如，如果一个果一个 10/10010/100 网卡和一个网卡和一个 10BASE-T10BASE-T 集线器（集线器（ HUBHUB ）连接，）连接，自动协商算法会自动驱动自动协商算法会自动驱动 10/10010/100 网卡以网卡以 10BASE-T10BASE-T 模式操模式操作，该区段便以作，该区段便以 10Mpbs10Mpbs 速率通信。如果把速率通信。如果把 10BASE-T10BASE-T 集线集线器升级为器升级为 100BASE-T100BASE-T 集线器，集线器， 10/10010/100 网卡的自动协商算网卡的自动协商算法就会自动驱动网卡和集线器以法就会自动驱动网卡和集线器以 100BASE-T100BASE-T 模式操作，模式操作，该区段便以该区段便以 100Mpbs100Mpbs 速率通信。在这一速率升级的过程速率通信。在这一速率升级的过程中，无需人工或软件干预。中，无需人工或软件干预。

3. 10/100Mpbs3. 10/100Mpbs自动协商自动协商


1. 1. 千兆位以太网标准千兆位以太网标准

6.1.3 千兆位以太网技术 6.1.3 千兆位以太网技术

在半双工方式下使用在半双工方式下使用 CSMA/CDCSMA/CD 协议协议

数据传输速率达数据传输速率达 1000Mbps1000Mbps ，也称吉比特以太网；，也称吉比特以太网；

支持全双工和半双工两种方式；支持全双工和半双工两种方式；

使用使用 802.3802.3 协议规定的帧格式；协议规定的帧格式；

标准的千兆位以太网协议体系标准的千兆位以太网协议体系标准的千兆位以太网协议体系标准的千兆位以太网协议体系

LLC 802.3LLC 802.3

802.3 802.3 全双工全双工 // 流量控制协流量控制协议议 CSMA/CD CSMA/CD 半双工方式半双工方式

GMIIGMII

IEEE 802.3abIEEE 802.3ab IEEE 802.3zIEEE 802.3z

1000Base-1000Base-CXCX 1000Base-T1000Base-T

1000Base-1000Base-LXLX

1000Base-1000Base-SXSX

15Ω STP15Ω STP超超 55 类或类或 66 类类 UTPUTP 单模、多模光纤单模、多模光纤多模光纤多模光纤



简易性；简易性；技术过渡的平滑性；技术过渡的平滑性；网络可靠性；网络可靠性；可管理性和可维护性；可管理性和可维护性；成本下降；成本下降；支持新应用与新数据类型。支持新应用与新数据类型。

千兆以太网的主要优点千兆以太网的主要优点


2. 2. 千兆位以太网组网应用千兆位以太网组网应用

100M100M100M

1000M

SiSi SiSi SiSiSiSi

千兆位以太网的组网应用举例千兆位以太网的组网应用举例千兆位以太网的组网应用举例千兆位以太网的组网应用举例


20022002年发布年发布 802.3ae10GE802.3ae10GE 标准，标准， 20062006年年 77月发月发布布 IEEE802.3anIEEE802.3an 标准。万兆以太网不仅再度扩展了标准。万兆以太网不仅再度扩展了以太网的带宽和传输距离，更重要的是其得以太网以太网的带宽和传输距离，更重要的是其得以太网从局域网领域向城域网领域渗透。从局域网领域向城域网领域渗透。

正如正如 1000Base-X1000Base-X 和和 1000Base-T1000Base-T （千兆以太（千兆以太网）都属于以太网一样，从速度和连接距离上来说，网）都属于以太网一样，从速度和连接距离上来说，万兆以太网是以太网技术自然发展中的一个阶段。万兆以太网是以太网技术自然发展中的一个阶段。

6.1.4 万兆位以太网技术6.1.4 万兆位以太网技术


万兆以太网是一种采用全双工与光纤的技术。万兆以太网是一种采用全双工与光纤的技术。万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网

及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。

万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽（万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽（ 10Gb10Gbpsps ）和更远的传输距离（最长传输距离可达）和更远的传输距离（最长传输距离可达 40km40km ）。）。

1. 万兆以太网的技术特色


在企业网中采用万兆以太网可以更好地连接企业在企业网中采用万兆以太网可以更好地连接企业网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高网络性能。网络性能。

万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提升升 QoSQoS 。。

WAN/MANWAN/MAN 与与 LANLAN融和已经成为大势所趋，万兆以融和已经成为大势所趋，万兆以太网技术的应用必将为三网发展与融和提供新的动力。太网技术的应用必将为三网发展与融和提供新的动力。

2. 2. 万兆以太网技术介绍万兆以太网技术介绍



3. 万兆以太网的应用场合

（（ 11 ）在教育网的应）在教育网的应用用


(2) 在数据中心出口的应用


(3) 在城域网的应用

10GE10GE 与城域网骨干的连与城域网骨干的连接接10GE10GE 与城域网骨干的连与城域网骨干的连接接


6.2 以太网组网所需的设备

集线器处于星型物理拓扑结构的中心，组建的集线器处于星型物理拓扑结构的中心，组建的是共享式以太网。是共享式以太网。

6.2.1 10／ 100 集线器6.2.1 10／ 100 集线器

HubHubHubHub


交换机和集线器的外形类型，组网方法也基本一样，交换机和集线器的外形类型，组网方法也基本一样，但功能却不同，它工作在但功能却不同，它工作在 OSIOSI参考模型的第二层（数据链参考模型的第二层（数据链路层），组建的是交换式以太网。路层），组建的是交换式以太网。

6.2.2 10／ 100／ 1000M 交换机 6.2.2 10／ 100／ 1000M 交换机

SwitchSwitchSwitchSwitch


网络接口卡简称为网卡，是构成网络的基本网络接口卡简称为网卡，是构成网络的基本部件。计算机通过网卡与局域网中的通信介质相部件。计算机通过网卡与局域网中的通信介质相连，从而达到将计算机接入网络的目的。网卡的连，从而达到将计算机接入网络的目的。网卡的工作方式有两种：即半双工和全双工。工作方式有两种：即半双工和全双工。

6.2.3 10／ 100／ 1000M 以太网卡 6.2.3 10／ 100／ 1000M 以太网卡


按照网络技术的不同可分为 :

按照传输速率的不同可分为 :

按照总线类型分类，网卡可分为 :

按照所支持的传输介质不同可分为 :

分类分类分类分类

以太网卡、令牌环网卡、 FDDI 网卡等。

10Mbps 、 100Mbps 、 1000Mbps 和 10Gbps 等。

ISA 总线网卡、 EISA 总线网卡、 PCI 总线网卡及其他总线网卡等。

双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡和无线网卡。


在组建双绞线的以太网局域网中，为了将在组建双绞线的以太网局域网中，为了将 UTPUTP电电缆与计算机、集线器等其它设备相连接，每条缆与计算机、集线器等其它设备相连接，每条 UTPUTP的两端需要安装的两端需要安装 RJ-45RJ-45 接头。接头。

6.2.4 传输介质 6.2.4 传输介质

非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线 UTPUTP（超（超 55 类及以上）类及以上）

直通直通 UTPUTP电缆电缆

交叉交叉 UTPUTP电缆电缆

6.3 任务：局域网的连接

如果仅仅是两台计算机之间互连，可以使用双绞线如果仅仅是两台计算机之间互连，可以使用双绞线跳线将两台计算机的网卡连接在一起。跳线将两台计算机的网卡连接在一起。

在使用网卡将两台计算机直连时，计算机跳线要用在使用网卡将两台计算机直连时，计算机跳线要用交叉线，并且两台计算机的网卡最好选用相同的品牌和相交叉线，并且两台计算机的网卡最好选用相同的品牌和相同的传输速率，以避免可能的连接故障。同的传输速率，以避免可能的连接故障。

6.3.1 两台计算机直连 6.3.1 两台计算机直连

交叉线交叉线交叉线交叉线


把所有的计算机通过把所有的计算机通过双绞线连接到集线器上，双绞线连接到集线器上，组成一个小型的局域网。组成一个小型的局域网。使用直通线从计算机的网使用直通线从计算机的网卡上的卡上的 RJ-45RJ-45 接口连接到接口连接到集线器的集线器的 RJ-45RJ-45 接口，组接口，组成网络，一般可支持成网络，一般可支持 222244台计算机联网。台计算机联网。

6.3.2 单一集线器结构的组网 6.3.2 单一集线器结构的组网

6.3.3 多集线器级联结构的组网 6.3.3 多集线器级联结构的组网

平行式级联平行式级联


树形级联树形级联



1. 1. 利用网卡和网络设备的指示灯判断利用网卡和网络设备的指示灯判断（（ 11 ）网卡指示灯）网卡指示灯① ① 1010／／ 100Mbps100Mbps 网卡指示灯网卡指示灯1010／／ 100Mbps100Mbps 网卡通常都有网卡通常都有 33个个 LEDLED指示灯。如指示灯。如

D-Link530TxD-Link530Tx网卡，如果计算机与集线器端口连接正网卡，如果计算机与集线器端口连接正常，则网卡的“常，则网卡的“ full”full”和“和“ 100M”100M”指示灯应当呈绿指示灯应当呈绿色，“色，“ Link”Link”指示灯则不断闪烁。当网卡没有指示灯指示灯则不断闪烁。当网卡没有指示灯被点亮时，表明计算机与集线器之间没有建立正常连被点亮时，表明计算机与集线器之间没有建立正常连接，物理链路有故障发生。接，物理链路有故障发生。

6.3.4 局域网连接的判断 6.3.4 局域网连接的判断


② ② 10/100/1000Mbps10/100/1000Mbps 网卡指示灯网卡指示灯Intel Pro/1000 MTIntel Pro/1000 MT 网卡指示灯通常有网卡指示灯通常有 44个，分别用个，分别用

于表示连接状态（“于表示连接状态（“ Link”Link”指示灯）、数据传输状态指示灯）、数据传输状态（“（“ ACT”ACT”指示灯）和连接速率。当正常连接时，“指示灯）和连接速率。当正常连接时，“ LinLink”k”指示灯呈绿色，有数据传输时，“指示灯呈绿色，有数据传输时，“ ACT”ACT”指示灯不停指示灯不停闪烁。当连接速率为闪烁。当连接速率为 10Mbps10Mbps时，速率指示灯熄灭；连接时，速率指示灯熄灭；连接速率为速率为 100Mbps100Mbps时，速率指示灯呈绿色；连接速率为时，速率指示灯呈绿色；连接速率为 1001000Mbps0Mbps时，速率指示灯呈黄色。如果时，速率指示灯呈黄色。如果 LinkLink指示灯未被点指示灯未被点亮，表明连接有故障。亮，表明连接有故障。


③ ③ 1000Base-SX1000Base-SX 网卡指示灯网卡指示灯

3Com3Com只有只有 Link 1000Link 1000 和和 ACTACT两个两个 LEDLED批示灯。批示灯。其中，“其中，“ Link 1000”Link 1000”表示链接是否正常，当连通表示链接是否正常，当连通性完好时，该指示灯被点亮。“性完好时，该指示灯被点亮。“ ACT”ACT”表示是否有表示是否有数据在传输，正常情况下，该指示灯应当闪烁。数据在传输，正常情况下，该指示灯应当闪烁。


（ 2）网络设备指示灯及判断

习题

一、简答题一、简答题1. IEEE 802.31. IEEE 802.3 帧结构有哪几部分组成？帧结构有哪几部分组成？2. 2. 以太网的物理层有几种标准？以太网的物理层有几种标准？ 3. 3. 快速以太网有哪几种组网方式？各有什么特点？快速以太网有哪几种组网方式？各有什么特点？4. 4. 千兆位以太网有哪几种标准？千兆位以太网有哪几种标准？5. 5. 什么是什么是 10/100Mpbs10/100Mpbs自动协商？自动协商？6. 6. 万兆位以太网有哪些技术特色？万兆位以太网有哪些技术特色？7. 7. 万兆位以太网物理层有哪几种？万兆位以太网物理层有哪几种？8. 8. 万兆位以太网应用在哪些方面？万兆位以太网应用在哪些方面？9. 9. 组建以太局域网需要哪些设备？组建以太局域网需要哪些设备？

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第 6 章 以太网组网技术

第 6 章以太网组网技术