数据传输速率不断提升的以太网技术

技术分类: 通信  | 2005-01-21
David Marsh,EDN特约技术编辑

10 Mbps到10 Gbps保持不变。

  同时,互相冲突的节点将其发送尝试延迟一段随机时间。这种补偿延迟算法利用每个以太网设备独特的48位MAC(媒介访问控制)地址作为其随机化程序的一部分;如果这些设备仍然互相冲突,则这一过程就会重复尝试多达16次发送尝试——然后发送节点就放弃并标记一个错误。由于发送节点仅在发送时才检测到冲突,所以任何发送数据的第一位必须到达各个节点后,发送节点才停止发送。相应地,协议规定了最大电缆长度,以确保每个分组的前64位都传播过整个电缆。如果冲突在发送节点发送了最后一位之后发生,协议就检测不出错误;因此,较高层功能是检测数据丢失所必需的。“末尾冲突”状况通常表示硬件故障或线缆配置有误。但是,冲突是反映以太网通信量随网络使用率增加而增加并不可避免地降低吞吐量的一个正常特性。总而言之,你会预料到以太网使用率超过大约80%就会大大降低性能,不过大多数系统的使用率大约为30%~40%。
  采用更小且便宜得多的RG-58同轴电缆的10Base2很快就取代采用工业强度的RG-8同轴电缆的10Base5(即“粗以太网”)技术。(在以太网术语中,前面的“10”表示速度为1
0 Mbps,“base”表示基带,而最后的数字表示以百米为单位的最大传输长度。)这些早期以太网都采用总线体系结构,两端各有一个50Ω端接电阻器,并且一端接地。10Base5技术利用一段直径约为10 mm、取出点不近于2.5m的电缆,可达到500m有效通信距离。电缆没有断点,可避免由于连接器或不同电缆种类造成的阻抗不连续,并要求使用一种被称为“吸血鬼抽头”的绝缘层剥离连接器。这种连接器直接连接到通过AUI(连接器接口)电缆与终端用户设备接口的收发器上。此时你可以看到10Base5的独立收发器结构在快速以太网的40引脚MII(与媒体无关接的口)选件中的回波,在某些更高速度的MII选件中也有回波。
  相比之下,10Base2则采用BNC(Bayonet Neill Concelman,在同轴连接器系列设计师之后)T型连接器将每一个设备以菊花链方式联结在总线上,而收发器——对于PC来说就是NIC(网络接口卡)——驻留在设备内。撇开简单性这一点不说,这种总线体系结构存在一些缺点,例如在运行系统中增加或拆除节点(一种常见的使用要求)时,10Base2有崩溃的危险。这种对菊花链节点的需求在任意大小的系统中是难以满足的,而同轴电缆也不是最容易处理的媒体。同样,位定时特性将两种总线结构的传输速度限制在10 Mbps以内,并将主流的RG-58“廉价局域网(Cheapernet)”的最大区段长度限制在185m以内。
  因此,业界欣然接受星形结构,因为星形结构采用100Ω UTP(非屏蔽双绞线)导线,通过既作为连线中心又作为信号中继器的集线器来连接各个设备。相应的IEEE-802.3i-1990标准被称为10BaseT(其中“T”表示双绞线),该标准构成了当今大多数有线以太网部署的基础,正在使用的UTP端口大约有8亿个。这样大的普及性主要归因于以太网的可扩展性,可以大大舒适网络管理员的生活。随着结构化布线的出现,楼宇几乎总是有以太网插口分布在工作区域周围,还提供其他接线服务。通常情况下,一组组RJ-45以太网插口都连接到本地接线室中许多多端口集线器之一,每个集线器都与相邻集线器相连。在所谓的5-4-3规则规定的约束条件之内,给一个典型的LAN增加较多的集线器或设备只需要用电缆将新设备连接到基础设施就行。当你超过这些约束条件时,你可以建立另一个以太网系统,并使用一个网络桥接器将两个系统连接起来,而网络桥接器还可以接入另一种网络系统。
  以太网的5-4-3规则规定,在一个冲突域中,任意两个节点之间可容许的路由不得用五个以上的电缆分段,把最多四个集线器互连起来,而且其中只能有三个是混合电缆段。在这里,“冲突域”是指一个由两个节点同时发送数据引起冲突的网络,“混合电缆段”就是连接节点超过两个的电缆段。这种经验规则试图说明往返信号传播时间,也就是说,在最坏情况下一个比特在一段网络长度上往返传输的时间。假定这一值在极限之内,则各个节点的CSMA/CD机制就能确定另一个节点是否试图同时发送数据。要注意的是,精确的延迟值取决于媒体,不过另一个经验规则表明,铜电缆上的平均传播速度大约为光速的0.7倍,即5 nsec/m左右。帧间间隔缩小是指网络条件将分组之间正常的96比特延迟缩短的数量,这也是一个潜在的重要参考值。这一延迟确保以太网的半双工接口具有足够的时间进行发送和接收模式的切换。如果你正在构建一个复杂的结构,并且需要进行比5-4-3规则更准确的评估,那就可以使用一种协议分析程序来为你的最差情况路径找出延迟参数和帧间间隔缩小参数。
  5-4-3规则会在体系结构上产生一些有趣的影响。例如
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