以太网物理层一致性测试方案
100BaseTX
1000BaseT
10BaseT
邓锦辉
泰克电子(中国)有限公司产品技术经理
ronald.dung@https://www.doczj.com/doc/29364624.html,
Xerox Altos 工作站与其他Xerox Altos
2.94Mb/s的数据传输率, 并命名为Alto Aloha IEEE 802.3以太网的物理层种类:
4DTE Power via MDI (Media Dependent Interface) ：发送端透过以太网向远端设备供电
410BaseT负责通道编码, 使用
跳跃到”-“, “1”= 由”-“跳
4100BaseTx PCS(Physical Coding Sublayer)–在
速度或以上的以太网物理层里才采
4
MII层4 bit的输入, PCS层会编译成5 bit Code-Group的输出. 上图为4B/5B编码对照表
3-Level Multiple Level Transition Encoding MLT-3编码方法MLT-3 的眼图–所有+1, 0, -1, 3
41000BaseT PCS(Physical Coding Sublayer)–进行研
数据被分为两个子块
4
对线，并且同时收发，在全
编码方法实现1000MB/s的
MLT-3
4D-PAM5
4D-PAM5编码方法，+2，+1，0，-1，-2共5个幅度对2bit进行编码
Intel 2002 Fall IDF时对以太网市场的预测:
倍的数据传输率，增加了网络的带宽，支
100BaseTx快10倍
测试模式接着
个
最后是测试模式
行模板测试，验证是否在规范所容许的范围内
的要求
A
B
D
C F, G
H, J
Test Mode 1 Signal
一按便自动测试所有点
在微机上运行终端仿真程序（如Windows 3.X的Terminal或Windows 9X的超级终端等），设置终端通信参数为：波特率为9600bit/s、8位数据位、1位停止位、无校验和无流控，并选择终端类型为VT100， 1.2.1 进入以太网端口视图 要对以太网端口进行配置，首先要进入以太网端口视图。 请在系统视图下进行下列配置。 表1-1 进入以太网端口视图 1.2.2 打开/关闭以太网端口 当端口的相关参数及协议配置好之后，可以使用以下命令打开端口；如 果想使某端口不再转发数据，可以使用以下命令关闭端口。 请在以太网端口视图下进行下列配置。 表1-2 打开或关闭以太网端口 缺省情况下，端口为打开状态。 1.1.7 interface 【命令】 interface { interface_type interface_num | interface_name }
【视图】 系统视图 【参数】 interface_type：端口类型，取值为Ethernet。interface_num：端口号， 采用槽位编号/端口编号的格式。对于S2008-EI以太网交换机，槽号为0， 端口号取值范围为1～8；槽号取1或2分别表示前面板上两个扩展模块 提供的以太网端口，端口号只能取1。对于S2016-EI、S2403I以太网交 换机，槽号取值范围为0、1，槽号取0表示交换机提供的百兆以太网端 口，端口号取值范围为1～16（S2016-EI）或1～24（S2403I）；槽号 取1表示交换机扩展模板提供的以太网端口，端口号只能取1。 interface_name：端口名，表示方法为interface_name= interface_type interface_num。 【描述】 interface命令用来进入以太网端口视图。用户要配置以太网端口的相关 参数，必须先使用该命令进入以太网端口视图。 【举例】 # 进入Ethernet0/1以太网端口视图。 [Quidway] interface ethernet0/1 1.1.8 loopback 【命令】 loopback { external | internal } 【视图】 以太网端口视图 【参数】 external：外环测试。 internal：内环测试。 【描述】 loopback命令用来设置以太网端口进行环回测试，以检验以太网端口工 作是否正常，环回测试执行一定时间后将自动结束。 缺省情况下，以太网端口不进行环回测试。 【举例】 # 对以太网端口Ethernet0/1进行内环测试。 [Quidway-Ethernet0/1] loopback internal 1.1.9 mdi 【命令】 mdi { across | auto | normal }
Ethernet信号测试方法 一、Ethernet物理层测试 1、简介 在PC和数据通信等领域中，以太网的应用非常广泛。以太网的技术从1990年10Base-T标准推出以来，发展非常迅速，目前普及的是基于双绞线介质的10兆/百兆/千兆以太网，同时10G以太网的技术也逐渐开始应用。 为了保证不同以太网设备间的互通性，就需要按照规范要求进行响应得一致性测试。测试所依据的标准主要是IEEE802.3和ANSI X3.263- 1995中的相应章节。根据不同的信号速率和上升时间，要求的示波器和探头的带宽也不一样。对于10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的测试需要1GHz带宽。对于10G以太网的测试，由于其标准非常多，如10GBase-CX、10GBase-T、10GBase-S等，有的是电接口，有的是光接口，不同接口的信号速率也不一样。10GBase-CX、XAUI、10GBase-T的测试至少需要8G带宽的实时示波器，10GBase-S等光接口的测试，根据不同速率则需要相应带宽的采样示波器。 要进行一致性测试，首先要保证的是测量的重复性，由于以太网信号的摆幅不大，如1000Base-T的信号幅度只有670~820mv，XAUI信号最小摆幅只有200mv，如果测量仪器噪声比较大，就会造成比较大的测量误差。
2、10M/100M/1000M以太网测试方法 对于10M/100M/1000M以太网的信号测试，可以选择Agilent 9000系列示波器，也可以选择90000系列示波器。 要进行Ethernet信号的测试，只有示波器是不够的，为了方便地进行以太网信号的分析，还需要有测试夹具和测试软件。测试夹具的目的是把以太网信号引出，提供一个标准的测试接口以方便测试，测试夹具的型号是N5395B。下图是夹具的图示。 在N5395B测试夹具上划分了不同的区域，可以分别进行10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的测量。另外还有专门区域可以连接网络分析仪进行回波损耗的测量。夹具附带的短电缆可以连接夹具和被测件，附带的小板用于回波损耗的测量时进行网络仪校准。 IEEE802.3规定了很多以太网信号的参数，对于10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的电气参数，可以分别参考IEEE802.3规范的14、25和40节。如果不借助相应的软件，要完全手动进行这些参数的测量是一件非常烦琐和耗时耗力的工作，为了便于用户完成以太网信号的测量，Agilent在8000/90000系列的Infiniium系列示波器上都提供了以太网的一致性测试软件N5392A。 下图是N5392A 以太网一致性测试软件提供的测试项目。
共享式以太网 共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中，集线器将很多以太网设备集中到一台中心设备上，这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲，以集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。 集线器的工作原理： 集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质，其结果是它们也共享同一冲突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个广播信息，集线器会将这个广播传播给所有同它相连的节点，因此它也是一个单一的广播域。 集线器的工作特点： 集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。 集线器同中继器一样都是工作在物理层的网络设备。 共享式以太网存在的弊端：由于所有的节点都接在同一冲突域中，不管一个帧从哪里来或到哪里去，所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加，大量的冲突将导致网络性能急剧下降。而且集线器同时只能传输一个数据帧，这意味着集线器所有端口都要共享同一带宽。 交换式以太网 交换式结构： 在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。 为什么要用交换式网络替代共享式网络： ·减少冲突：交换机将冲突隔绝在每一个端口（每个端口都是一个冲突域），避免了冲突的扩散。 ·提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是各个节点共享带宽。 交换式以太网是以交换式集线器（switching hub）或交换机（switch）为中心构成，是一种星型拓扑结构的网络。简称为交换机为核心设备而建立起来的一种高速网络，这种网络在近几年运用的非常广泛。 交换式以太网技术的优点 交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式HUB，节省用户网络升级的费用。 交换式以太网和共享式以太网区别
以太网的技术 1以太网的发展 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中，集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网能够很好地结合等特点，以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。以太网接入是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务的传送通道。以太网技术的实质是一种二层的媒质访问控制技术，可以在五类线上传送，也可以与其它接入媒质相结合，形成多种宽带接入技术。以太网与电话铜缆上的VDSL相结合，形成EoVDSL技术；与无源光网络相结合，产生EPON 技术；在无线环境中，发展为WLAN技术。 以太网技术作为数据链路层的一种简单、高效的技术，以其为核心，与其它物理层技术相结合，形成以太网技术接入体系。EoVDSL方式结合了以太网技术和VDSL技术的特点，与ADSL和（五类线上的）以太网技术相比，具有一定的潜在优势。WLAN技术的应用不断推广，EPON技术的研究开发正取得积极进展。随着上述“可运营、可管理”相关关键技术问题的逐步解决，以太网技术接入体系将在宽带接入领域得到更加广泛的应用。 同时，以太网技术的应用正在向城域网领域扩展。IEEE802．17RPR技术在保持以太网原有优点的基础上，引入或增强了自愈保护、优先级和公平算法、OAM等功能，是以太网技术的重要创新。对以太网传送的支持，成为新一代SDH设备（MSTP）的主要特征。10G以太网技术的迅速发展，推动了以太网技术在城域网范围内的广泛应用，WAN接口（10Gbase－W）的引入为其向骨干网领域扩展提供了可能。 随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mbps光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE802工程组亦对100Mbps以太网的各种标准，如100BASE－TX、100BASE－T4、MⅡ、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太网标准（Fast Ethernet），就这样开始了快速以太网的时代。 快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双
MSTP以太网专线的测试方案和参数设置 MSTP以太网专线是利用传统的SDH网络承载，在用户端采用MSTP设备为用户提供以太网接口的专线业务。这种业务的特点是：用户接口使用方便；能够灵活提供2M~100M的带宽；在骨干传输网上带宽独享，可以保证传送质量。 MSTP以太网专线的主要性能测试指标 MSTP以太网专线的性能测试指标主要是：传输时延、丢帧率、吞吐量。 传输时延：是指测试仪表收到帧的时间与发出这一帧的时间之差。假设仪表发出某一帧的时间为Ta，收到这一帧的时间为Tb，则时间Delay=Tb-Ta。传输时延包括MSTP设备处理时延、SDH设备处理时延和信号传输时延。 在城域网内（短距离）应用时，MSTP以太网专线的传输时延主要是设备时延。一般MSTP设备处理时延在1ms以内，每台SDH设备引入的处理时延在0.5ms 以内。在长途网内（长距离）应用时，MSTP以太网专线的传输时延主要是信号传输时延，一般按照5ms/千公里计算。 MSTP设备的处理时延与以太帧的长度是正相关的关系。以太帧越长，MSTP 设备的处理时延越大。 丢帧率：是指测试仪表发出帧数与收到帧数之差除以仪表发出帧数，再乘以100%。公式表示如下：（仪表发出帧数-收到帧数）/仪表发出帧数*100%。不同帧长下的丢帧率会有所变化，随着帧长的增加，丢帧率会增加。 指标要求：以太帧长度为64字节时，测试15分钟，丢帧率应为0。 吞吐量：是指在没有丢帧的情况下，整个通道的最大数据速率，一般用bit/s 或者帧/秒表示。以帧长度64字节为准，根据用户的业务带宽需求，设置相应的VC通道个数。对照表如下：
业务带宽与通道配置对应关系
-------------学院 课程设计III课程设计设计说明书 组建简单以太网 学生姓名 学号 班级网络1202 成绩 指导教师 数学与计算机科学学院 2015年 3月 7 日
课程设计任务书 2014—2015学年第二学期 课程设计名称：课程设计III课程设计 课程设计题目：组建简单以太网 完成期限：自2015 年 3 月 5 日至2015 年 3 月13 日共 2 周 设计内容： 在Cisco Packet Tracer中构建一个局域网（有计算机、交换机和集线器构成），并且对每台计算机的IP地址和子网掩码进行配置，让局域网中的每台计算机可以相互通信 认识简单的网络拓扑结构；掌握组建以太网的技术与方法：网卡、安装配置、连通性测试等。 指导教师：教研室负责人： 课程设计评阅
摘要 本次课程设计是通过PacketTracer软件组建一个简单的以太网，并采用PacketTracer软件作为网络模拟开发环境实现该以太网，测试其连通性，采用计算机网络原理进行配置和连接，使本以太网具有基本的连接、通信功能，由此对网络结构有所掌握和学习。 关键词：计算机；以太网；PacketTracer
目录 1 课题描述 (1) 2 原理介绍 (2) 2.1 实验目的及要求 (2) 2.2网络设备概述 (2) 2.2 以太网介绍 (3) 3 以太网设计与实现 (5) 3.1网络的设计 (5) 3.2 PC机的IP设置 (5) 4测试及分析 (7) 4.1测试连通性 (7) 4.2分析注意事项 (10) 5 总结 (11) 参考文献 (12)
1 课题描述 本次课程设计是通过认识简单的网络拓扑结构；掌握组建以太网的技术与设计方法；并且基本了解网卡的安装、配置驱动程序、配置TCP/IP协议、连通性测试等操作，对计算机网络原理有实践性认识，提高对实际网络问题的分析解决能力。 开发工具：PacketTracer
以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的 一个。人们通常认为以太网发明于1973年，当年罗伯特.梅特卡夫(Robert Metcalfe)给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为以太网是之后几年才出现的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇名为《以太网：局域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。 1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐，成立了3Com公司。3com对迪吉多, 英特尔, 和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台。当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中，3Com也成了一个国际化的大公司。 梅特卡夫曾经开玩笑说，Jerry Saltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3Com才有机会从销售以太网网卡大赚。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研究，只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话，但这说明了这样一个技术观点：通常情况下，网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同，而正是因为以太网简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltz er曾经在麻省理工学院MAC项目(Project MAC)的同一层楼里工作，当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文，在此期间奠定了以太网技术的理论基础。 它不是一种具体的网络，是一种技术规范。 该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。 [编辑本段] 以太网的分类和发展 一、标准以太网 开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA／CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在I EEE 802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。
一以太网端口配置命令 1.1．1 display interface 【命令】 display interface[ interface_type | interface_type interface_num | interface_name ] 【视图】 所有视图 【参数】 interface_type：端口类型。 interface_num：端口号。 interface_name：端口名，表示方法为interface_name=interface_type interface_num。 参数的具体说明请参见interface命令中的参数说明。 【描述】 display interface命令用来显示端口的配置信息。 在显示端口信息时，如果不指定端口类型和端口号，则显示交换机上所 有的端口信息；如果仅指定端口类型，则显示该类型端口的所有端口信 息；如果同时指定端口类型和端口号，则显示指定的端口信息。 【举例】 # 显示以太网端口Ethernet0/1的配置信息。
以太网技术特征 常用称谓 connectors 码率 连接 标准
Page 3 10/100/1000BASE-T 连接器引脚排列 TD/RD: Transmit Data/Receive Data BI_D x : Bi-directional Pair x Computer RJ45 / 8P8C connector 规范要求的测试内容 10BASE-T 测试项目描述 参考规范
规范要求的测试内容 100BASE-TX rise/fall time symmetry 测试项目描述参考规范 规范要求的测试内容 1000BASE-T
10BASE-T 测试码型 First signal in auto-negotiation to test link connectivity. Sent every 16ms until a response is received. Sent at the end of data packet to indicate end of transmission. Pulse width is 300 or 350ns depending on whether the last bit was ‘0’or ‘1’. Differential Manchester encoded signal with pre-emphasis. All ‘1’s Manchester encoded signal, essentially a 5 MHz signal. Used in harmonic test to ensure all harmonics are 27 dB down from the fundamental. 100BASE-TX 测试码型Random Data 数据加扰保持链路上的DC平衡以及足够多的边沿进行
计算机网络应用 标准以太网 标准以太网也常被称为传统以太网或共享式以太网，它是最早时期的以太网类型，其带宽只有10Mbps ，它使用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD ）访问控制方法，解决了连接在同一总线上的多个网络节点有秩序的共享同一传输信道的问题，提高了局域网共享信道的利用率，因此得以发展和流行。 以太网的传输介质主要以双绞线为主，所有的以太网都必须遵循IEEE 802.3标准，如表5-1所示为IEEE 802.3定义的标准以太网标准。 表5-1 IEEE 802.3 标准以太网标准 在该标准中，前面的数字表示数据传输速率，单位是“Mb/s ”，最后一个数字表示一段网线的长度（基准长度为100m ），Base 表示“基带”，Broad 表示“带宽”。下面详细介绍10Base-5、10Base-2、10Base-T 、10Base-F 和10Base-36标准。 1．10Base-5和10Base-2 10Base-5是最早的以太网IEEE 802.3标准，它采用直径为10mm 、电阻为50Ω的粗同轴电缆进行连接，允许每段有100个站点，最大传输距离为500m ，在设计时需要遵循5-4-3标准。 提 示 在5-4-3标准中，数字5表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有5个电缆段；数字 4表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有4个中继器；数字3表示网络中任意两个 端到端的节点之间最多只能有3个共享网段。 在使用10Base-5标准以太网时，站点必须使用收发器连接到电缆上，或者使用介质连接单元（MAU ），这些设备用一个“吸血鬼”龙头压倒电缆上，其安装规则如下： ● 网段的最大长度为500m ； ● 电缆最大长度为2500m ； ● 收发器间的最短距离为2.5m ； ● 网段两端必须使用终结器，一端还必须接地； ● 收发器电缆不能超过45m 。 10Base-2与10Base-5基本相同，如在使用的传输介质、传输速度及遵循5-4-3标准等方面。其主要的不同就是10Base-2采用细同轴电缆，电缆段上工作站间的距离为0.5m 的整数倍，每个电缆段内最多只能使用30台终端，且每个电缆段不能超过185m 。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/29364624.html, 以太网的环路检测技术 作者：吴少勇甘玉玺张翰之 来源：《中兴通讯技术》2012年第01期 摘要：以太网在局域网中取得了巨大的成功，但是在城域网应用领域中仍需要解决网络环路的相关问题。根据不同的以太网应用领域，文章分析了几种环路检测的解决方案，包括生成树协议(STP)、以太网环路保护切换协议(ERPS)、环回检测和成环点定位技术。其中，成环点定位技术新颖实用，非常适合各种以太网局域网和城域网，对于以太网的运行和维护都有很大的意义。目前，全球的标准组织均正在积极对以太网环路检测技术进行标准化，随着标准的不断成熟，以太网的环路检测技术将逐步降低以太网的环路风险，提高以太网的可靠性，便于网络的管理。 关键词：以太网；环路；检测；可靠性 1以太网和网络环路 在城域网和局域网中广泛采用的是以太网组网技术，网络中90％以上的接人数量也都由 以太网承载。以太网的突出优势是可以封装任何协议数据、易于使用、成本低、灵活性好、兼容性强、标准化成熟，对于用户而言可以做到即插即用，网络的管理和维护都非常简单。然而，以太网本质上是一种局域网技术，对可靠性要求不高的微型局域网是非常适用的，但当网络规模扩大时，以太网本身存在的一些局限性会给网络带来致命的故障，其中网络环路就很容易导致以太网区域内的所有网络的瘫痪。 根据以太网的原理，当以太网交换机节点收到一个广播帧或未知单播帧时，会向其他所有端口泛洪该帧。在局域网中，以太网的这种转发方式非常简单实用，交换机节点通过泛洪的方式，很容易将广播帧或未知单播帧转发给目的主机。但是当网络中有环路存在时，广播帧会在环路中的各个交换机节点上依次进行泛洪和转发，最终回到源交换机节点，而源交换机节点收到该广播帧后，并不会丢弃，而是继续按照广播帧的转发方式进行泛洪，因此广播帧会永无休止地在环路的各个交换机节点上进行转发，最终流量越来越大，耗尽带宽。以太网交换机节点还会将广播帧向环路之外的端口泛洪，发送给局域网中的主机，随着泛洪流量的增大，主机将难以承受收到的泛洪流量，从而导致整个局域网及其主机瘫痪，造成严重的网络故障，这种场景也称为“网络风暴”。 在无环路的网络中，新连接的一条链路如果导致了环路，则称这条链路为成环点。在局域网中，通常网络中以太网交换机节点数量较少，网络结构简单，不易形成环路，即使新增加链路形成环路，也很容易定位出成环点，造成网络故障范围较小，维护难度不大。但是当网络范围扩大时，特别是在城域网中，通常有数十台以太网交换机，承载着成千上万的用户，网络拓扑非常复杂，一旦新增加链路形成环路，则很难定位到成环点，而且故障的影响范围都是非常大的。因此随着以太网应用范围越来越大，各种以太网的环路探测技术应运而生。
计算机网络传统以太网 传统以太网也被称为标准以太网或共享式以太网是最早期的以太网，，它使用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）访问控制方法。 传统以太网的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式工作，其吞吐量只有10Mb/s。传统以太网，在同一时刻只能发送数据或者接收数据，但不能同时发送和接收数据，其传输介质通常采用双绞线。 1．10 Base-5 10 Base-5是最早的以太网IEEE 802.3标准，它使用直径为10mm、电阻为50Ω的粗同轴电缆进行连接，它允许每段有100个站点。因此在一个网段上所有站点有经过一根同轴电缆进行连接，其最大长度为500m。在设计时需要遵循5-4-3标准，在该标准中各数字代表的意义为： ●5表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有5个电缆段。 ●4表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有4个中继器。 ●3表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有3个共享网段。 在使用10 Base-5标准以太网时，站点必须使用收发器连接到电缆上，或者使用介质连接单元（MAU），这些设备用一个“吸血鬼”龙头压倒电缆上。 2．10Base-2 10Base-2是一个细缆以太网标准，被人们戏称为“廉价网”，它采用的传输介质是基带细同轴电缆，电阻为50Ω，数据传输速率为10Mb/s，拓扑结构为总线型，电缆段上工作站间的距离为0.5m的整数倍，每个电缆段内最多只能使用30台终端，每个电缆段不能超过185m。它也遵循5-4-3标准，电缆长度最大为925m。 10Base-2细缆可以通过BNC-T型连接器，网卡BNC连接插头直接与网卡连接。为了防止同轴电缆端头的信号反射，在同轴电缆的两个端头需要连接两个阻抗为50Ω的终端匹配器。 3．10Base-T 1991年IEEE 802.3工作组发布了以太网10Base-T标准。它与使用同轴电缆作为传输介质的以太网不同，在10Base-T网络中采用了总线和星型相结合或单独使用星型的拓扑结构，即所有的站点均连接到一个中心集线器上，其中每个电缆段长度不能超过100m。它也遵循5-4-3标准，整个网络最大跨距为500m。 10Base-T以太网的优点之一是故障检测较为容易，只需使用双绞线，从根本上改变了传统局域网不易布线和维护的困难，而且不降低数据的传输速率，在使用时应注意以下规则： ●集线器与集线器间的最大距离为100m； ●任何一条线路都不能形成环路； ●双绞线与网络接口及集线器之间均采用RJ-45标准接口； ●传输介质均采用非屏蔽双绞线； ●一条链路最多可以串联4个集线器。 4．10Base-F 10Base-F是光缆以太网标准，它基于光缆互联中继器，即通过光缆链路以达到扩展传输距离的目的。它遵循5-4-3标准，但由于受到CSMA/CD的限制，其整个网络的最大跨距为4000m。 10Base-F使用两条光缆，其中一条光缆用于接收，另一条光缆用于发送，并定义了FOIRL、10Base-FP、10Base-FB和10Base-F1规范。
第20次课：以太网 教学目的 ①让学生了解网络结构，包括以太网的标准和实施； ②了解逻辑链路控制子层的功能； ③了解介质访问控制子层的功能； ④掌握传统以太网和当前以太网各自的特点，区别； ⑤掌握以太网的帧格式。 重点和难点 重点： ①构成网络的设备； ②连接设备的介质； ③以太网的帧格式； ④以太网的2个子层； ⑤传统以太网的工作原理。 难点： ①以太网帧格式； ②了解逻辑链路控制子层的功能； ③了解介质访问控制子层的功能； ④CSMA/CD技术 教学时间：2学时 课前准备 ①制作“传统以太网与当今以太网”等相关动画，以备上课时给学生观看 ②按要求准备演示程序软件，课前调试就绪 ③编写教案 教学建议
学生课后任务 ①完成课程学习记录中与课堂活动相关的内容。 ②结合课堂笔记进行课后总结和复习。 ③按照教材中实验模块要求准备实验——“检查思科交换机MAC地址表”、“中间设 备用作终端设备”。 总结和回顾 ①以太网是一种高效并且得到广泛采用的TCP/IP网络访问协议。其常用的帧结构已 经通过一系列介质技术（包括铜缆和光缆）得到实现，成为当今最普及的LAN协 议。 ②作为IEEE 802.2/3标准的一种实现形式，以太网帧提供MAC编制和错误检测功能。 ③早期的以太网采用共享介质技术，必须通过CSMA/CD机制来管理多台设备介质的 使用。 ④本地网络中的集线器换成交换机后，半双工链路中的帧冲突机率明显减少。但当 前及未来的以太网版本在本质上是全双工通信链路，不需要如此细致地管理介质 竞争。 ⑤以太网提供的第2层编址支持单播，多播和广播通信。 ⑥以太网使用地址解析协议来确定目的设备的MAC地址，并针对已知的网络层地址 映射它们。
以太网物理层信号测试与分析 1 物理层信号特点 以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种速率级别。不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。 1、1 10Base-T 编码方法 10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。 图1 曼彻斯特编码规则 1、2100Base-Tx 编码方法 100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。
1．共享式以太网采用了（）协议以支持总线型的结构 A.ICMP B.ARP C.SPX D.CSMA/CD 2．一台IP地址为10.110.9.113/21 主机在启动时发出的广播IP是 A.10.110.9.255 B.10.110.15.255 C.10.110.255.255 D.10.255.255.255 3．关于交换机的交换机制描述正确的是：（本题3项正确） A.直通式(Cut-Through)：交换机一旦确定目的MAC和正确的端口号后即开始转发收到的数 据 B.存储转发式(Sore&Forward)：交换机在转发一个数据帧之前，除要确认目的MAC和端口 号外，还要接收并处理完整的帧 C.在改进型的直通式：交换机在接收到数据帧的64个字节后，才开始转发该帧 D.直通式转发数据帧的效率低，存储转发式转发数据帧的效率高 4．在以太网交换机中哪种转发方法延迟最小 A.全双工 B.Cut-through C.Store-and-forward D.半双工 5．采用CSMA/CD技术的以太网上的两台主机同时发送数据，产生碰撞时，主机应该做何处理 A.产生冲突的两台主机停止传输，在一个随机时间后再重新发送 B.产生冲突的两台主机发送重定向信息，各自寻找一条空闲路径传输帧报文 C.产生冲突的两台主机停止传输，同时启动计时器，15秒后重传数据 D.主机发送错误信息，继续传输数据 6．集线器一般用于哪种网络拓扑中： A.总线形 B.星形网络 C.环形网络 D.树形网络 7．下列关于三层交换的理解正确的是：（本题3项正确） A.三层交换就是在交换机中增加了三层路由器的部分功能，合而为一 B.三层交换技术＝二层交换技术＋三层转发技术 C.三层技术的实质是一次路由，多次交换，利用硬件实现三层路由 D.三层交换的实现可以分为采用硬件实现和软件实现两种 8．100M端口的全线速包(64字节)转发能力是多少： A.144880pps B.1448800pps C.14488000pps D.100000000pps 9．下面的聚合端口的配置中有错误，请指出：
实验1：实验常用命令练习 一、操作内容和环境 ◆操作内容：本实验内容包括以太网交换机利用Console口进行连接配置的 方法。熟悉华为以太网交换机的命令行视图，掌握简单的常用命令。 ◆组网环境：华为Quidway S2403系列以太网交换机1台，操作系统为VRP （R）Software V ersion 3.1，PC机1台，专用配置电缆1根。 ◆连接方法：PC机COM口与交换机的Console口通过专用配置电缆相连， 如图1所示。 图1 交换机console口配置网络拓扑图 二、实验步骤 1.查看当前设备的配置信息
7.进入OSPF协议视图 [Quidway]ospf [Quidway-ospf] 8.进入RIP协议视图 [Quidway]rip [Quidway-rip] 9.进入AUX用户接口视图 [Quidway]user-interface aux 0 [Quidway-ui-aux0] 10.进入多个VTY用户接口视图 [Quidway]user-interface vty 0 4 [Quidway-ui-vty0-4] 11.进入同/异步串口视图 [Quidway]interface serial 1/0/1 #在路由器上配置 [Quidway-ethernet1/0/1] 12.退出当前视图 [Quidway-ethernet1/0/1]quit [Quidway 13.删除某项操作 [Quidway]undo vlan 2 #把vlan 2 删除 14.更改交换机/路由器的名称 [Quidway]sysname SW1 [SW1] 15.更改中英文模式
以太网接口 Quidway? R系列路由器产品上的以太网接口分为传统以太网接口和快速以太网接口两种。 传统以太网接口符合10Base-T物理层规范，工作速率为10Mbit/s，有全双工和半双工两种工作方式。 快速以太网接口符合100Base-TX物理层规范，兼容10Base-T物理层规范，可以在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下工作，有半双工和全双工两种工作方式。它具有自动协商模式，可以与其它网络设备协商确定工作方式和速率，自动选择最合适的工作方式和速率，从而可以大大简化系统的配置和管理。 传统以太网接口的配置与快速以太网接口的配置基本相同，但前者配置简单，配置项较少。 具体模块 ●低端R1600/2500E/4001E系列路由器的固定以太网口，都是10M以太网口。 ●R2600/3600/1700系列支持的以太网口包括：1FE和2FE两种。 1FE/2FE是1/2端口10Base-T/100Base-TX快速以太网接口模块的简称，其中FE（Fast Ethernet）是快速以太网的英文缩写。FE模块主要用于完成路由器与局域网的通信。 ●R1760、R2611支持的SIC接口卡（小卡）：SIC-1FEA
图4 以太网电缆 因使用情况不同又可将以太网线分为标准网线（即直通网线）和交叉网线两种，分别介绍如下： ● 标准网线：又称直通网线，两端RJ-45接头压接的双绞线的线序完全相同，用于 终端设备（如PC 、路由器等）到HUB 或LAN Switch 的连接。路由器随机提供的网线为标准网线。 ● 交叉网线： 两端RJ-45接头压接的双绞线的线序不相同，用于终端设备（如PC 、 路由器等）到终端设备（如PC 、路由器等）的连接。用户需要可以自行制作。
摘要 以太网测试仪在流量发生以及数据接收检测过程中，都需要计算fcs，还要能支持线速。本文简要介绍了以太网帧fcs的计算方法，分析了基于fpga的实时fcs计算面临的问题，提出了一种兼容10/100/1000mbps三种速率的fcs计算实现。 【关键词】以太网 fpga fcs vhdl 作为高性能以太网测试仪，全线速的流量发生与接收检测已成为必备功能。以10/100/1000m以太网为例，速率越高，所用时钟频率越高，时钟周期越小，对发送和接收的设计要求也越高。由于普通网卡缓存受限，加之发送时需要主机cpu参与，无法达到全线速，因此大多数测试仪都采用fpga+phy的方案，利用fpga在时序控制、并行处理等方面的优势，辅之以存储芯片，很好地解决了线速处理的问题。 在以太网测试中，涉及fcs（帧校验和）实时计算，特别是在线速下。本文通过一款测试仪中流量发生设计实践为例，对实际中所遇到的问题进行分析，给出10/100/1000m三种速率下fcs的vhdl实现方法和仿真结果。 1 fcs计算方法 在ieee std 802.3 csma/cd接入方法和物理层规范中，规定了fcs的算法为32比特循环冗余校验（crc32），生成多项式： g（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 2 vhdl实现 在硬件设计上， fpga与phy芯片之间采用mii和gmii接口。10/100m采用mii接口，发送时钟分别为2.5mhz、25mhz，数据宽度4bit;1000m采用gmii接口，发送时钟125mhz，数据宽度8bit。在利用fpga实现fcs时，就需要考虑三种不同时钟频率以及两种不同的数据宽度的处理。 2.1 10/100m 10/100m宜采用4bit宽度的并行crc32算法，硬件实现电路如下： next_crc（0）<=（d（0） xor c（28））; next_crc（1）<=（d（1） xor d（0） xor c（28） xor c（29））; …… next_crc（31）<=c（27）; 其中，d[3：0]为输入的4bit宽度数据，c[31：0]为前一次crc32计算结果，next_crc[31：0]为输入4bit数据后计算出的新的结果。详细电路可参考[1]中的代码。 2.2 1000m 1000m下对应的发送数据宽度为8bit，宜采用8bit宽度的并行crc32算法，其硬件实现电路如下： next_crc（0）<=d（6） xor d（0） xor c（24） xor c（30）; next_crc（1）<=d（7） xor d（6） xor d（1） xor d（0） xor c（24） xor c （25） xor c（30） xor c（31）; …… next_crc（31）<=d（5） xor c（23） xor c（29）; 其中，d[7：0]为输入的8bit宽度数据，c[31：0]为前一次crc32计算结果，next_crc[31：0]为输入8bit数据后计算出的新的结果。详细电路可参考[1]中的代码。 3 问题分析 基于fpga的10/100/1000m三种接口速率的以太网fcs设计中，有两种方案，一种是仅用8bit宽度的crc32算法，另一种针对10/100m采用4bit宽度算法，1000m采用8bit宽度