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1 千兆以太网和千兆路由交换机技术

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1、千兆以太网技术原理
1.1早期以太网技术
以太网：IEEE802.3定义了10Mbps的以太网标准 ， 采用载波监听和冲突检测（CSMA／CD） 协议 ， 以半双工方式运行 。从80年代末开始以太网取得了巨大的成功 。10BaseT是运行在3类或 更高类别的双绞线上的以太网 ， 10Base2／5是运行在同轴电缆上的以太网 ， 10BaseFL是运行在 光纤上的以太网 。由于冲突检测的协议要求一个512位的时间槽保证无错误的检测到冲突 ， 所以 以太网的距离覆盖范围受到了限制 ， 10BaseFL最大的覆盖距离为2km ， 10BaseT在一个网段内的 最大覆盖距离为100m 。
快速以太网：IEEE802.3u定义了100Mbps的快速以太网标准 ， 它可以用半双工的方式运行 CSMA／CD协议 ， 也可以有全双工的方式 。由于快速以太网对以太网的后向兼容性 ， 在90年代的 中后期 ， 快速以太网成为局域网中的主流技术 。100BaseTX是运行于5类双绞线上的快速以太网 ， 100BaseFX是运行于光纤上的快速以太网 。对于以半双工方式运行的快速以太网 ， 同样也有距离 覆盖范围的限制 ， 并且由于快速以太网以100Mbps的速率运行 ， 时间槽长度同样是512位 ， 所以 它的最大距离覆盖范围是以太网的1／10 ， 为200m 。但是对于全双工方式运行的快速以太网 ， 在理论上就不再有距离的限制 ， 而实际受限于电或光信号的衰减 。如实际中运行在单模光纤上 的100BasFX SMF的全双工快速以太网最大覆盖距离可达20km以上 。
1.2千兆以太网协议
1998年6月在千兆以太网联盟的推动下IEEE正式发布了千兆以太网标准IEEE 802.3 。把以 太网的速率提高到了1000MbPs 。而在此之前的1997年 ， 就已经有很多的厂商迫不及待地推出了 千兆以太网的产品 ， 结网络界带来了全新的解决方案 。到了现在的2000年 ， 我们已经可以很清 晰地看到 ， 不仅以太网和快速以太网在桌面和工作组级网络中打败了ATM ， 在城域网中 ， 千兆 以太网也凭借其良好的兼容性和优异的性价比占据了绝对的上风 。可以预见未来随着价格的下 跌 ， 千兆以太网会象快速以太网一样普及 。
1.2.1 半双工千兆以太网 MAC层协议
对于快速以太网来说 ， 512位的时间槽内电波或光可以传输400m远 ， 假如在千兆以太网中 ， 512位的时间槽内电波或光的传输距离则只有40m远 ， 采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的 覆盖半径只有20m 。这样的距离覆盖范围在实际中无法得到大规模推广 。为了解决这个问题 ， IEEE对以太网的MAC层协议作了第一次重大修改：载波扩展和帧突发 。
（1）载波扩展
为了使千兆以太网的距离覆盖范围达到实用标准 ， 半双工千兆以太网时间槽长度扩展到了 4096位 ， 这样半双工千兆以太网的距离覆盖范围扩展到了160m 。为了兼容以太网和快速以太网 中的帧结构 ， 半双工千兆以太网的最小帧长度仍需要保持为64byte 。但考虑到时间槽长度为51 byte ， 为了能够匹配时间糟的长度 ， 当某个DTE发送小于512byte帧时 ， 半双 工千兆以太网MAC 将在正常发送数据之后发送一个载波扩展序列直到一个时间精结束 。例如：某DTE发送一个64 byte帧 ， MAC将会在其后加入512-64＝448byte的载波扩展序列 。假如DTE发送的帧长度大于512 byte ， 则MAC不做任何改变 。
在载波扩展的情况下 ， 解决了半双工千兆以太网距离覆盖范围的问题 ， 但引入了一个新的 问题：对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了 。对于一个64byte的帧来说 ， 尽管发送速度 较快速以太网增加了10倍 ， 但发送时间增加了8倍 。这样的效率并未比快速以太网提高多少 ， 为 了解决半双工千兆以太网的效率问题 ， IEEE又引入了帧突发这种技术 。

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