高速局域网的工作原理

    随着网络的发展，传统标准的10M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100Mpbs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FastSwitch10／100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类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于载波侦听多路访问和冲突检测（CSMA／CD）技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。　
    快速以太网IEEE 802.3u标准中定义了以下三种不同的快速以太网规范分别是
    100BASE－TX
    100BASE－FX
    100BASE－T4
    根据以太网的命名规则，可知IEEE 802.3u标识符包括三块信息：其一，"100"表示传输速度100Mb/s；其二，"Base"表示信号仍采用基带传输方式。其三，是关于网络段类型的阐述，"T4"表示要用4对3类双绞线；"TX"表示要用2对5类双绞线；"FX"表示要用2条光纤。
    100BASE－TX：是一种使用两对5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B／5B编码方式，信号频率为125MHz，使用同10BASE－T相同的RJ－45连接器，它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。
    4B/5B编码的特点是将欲发送的数据流每4bit作为一个组，然后按照4B/5B编码规则（如下表）将其转换成相应5bit码。4bit码共有24=16种组合，5bit码共有25=32种组合，但只采用其中的16种对应4bit码的16种，其他的16种或者未用或者用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等，编码效率为80%。
    100BASE－FX：是一种使用两条光纤的快速以太网技术，一条用于发送数据，一条用于接收数据。可使用单模和多模光纤. 100BASE－FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。　
    100BASE－T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用全部4对双绞线，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。在传输中使用8B／6T（8比特被映射为6个三进制位）编码方式，信号频率为25MHz，它使用与10BASE－T相同的RJ－45连接器，最大网段长度为100米。
    快速以太网的拓扑结构
    100BASE-T快速以太网基本保持了10BASEE-T以太网的拓扑结构，即所有的站点都连到集线器上，在一个网络中最多允许有两个中继器。
    （1）具有两个中继器的拓扑结构
    传输介质采用UTP，站点到第一个中继器的最大距离为100m，中继器之间的距离为5m，第二个中继器到路由器（或交换器）的距离为100m。所以站点到交换器的最大距离为205m。
    （2）利用光纤布线的拓扑结构
    站点到集线器采用UTP，最大距离为100m，而集线器到路由器（或交换器）的链路使用光纤，其最大距离为185m， 所以站点到交换器的最大距离为285m。
    （3）利用全双工光纤的网络结构
    全双工100BASE－FX，其距离可达2km。
    二、千兆以太网
    随着多介质技术、高性能分布计算和视频应用等的不断发展，用户对局域网的带宽提出了越来越高的要求；同时，100Mb/s快速以太网也要求主干网、服务器一级的设备要有更高的带宽。在这种需求背景下人们开始酝酿速度更高的以太网技术。1996年3月IEEE 802委员会成立了IEEE 802.3z工作组，专门负责千兆以太网及其标准，并于1998年6月正式公布关于千兆以太网的标准，后面的IEEE 802.3ab标准下的1000Base-T规范是在1999年6月正式批准发布的。
    千兆以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率为1000Mb/s，即1Gb/s，因此也称为吉比特以太网。千兆以太网基本保留了原有以太网的帧结构，同时也支持CSMA/CD介质访问控制技术，所以向下与以太网和快速以太网完全兼容，原有的10Mb/s以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆以太网。
    千兆以太网络是由千兆交换机、千兆网卡、综合布线系统等构成的。千兆交换机构成了网络的骨干部分，千兆网卡安插在服务器上，通过布线系统与交换机相连，千兆交换机下面还可连接许多百兆交换机，百兆交换机连接工作站，这就是所谓的“百兆到桌面”。
千兆以太网标准包括1998IEEE 802.3z发布的1000Base-LX(长波光纤)、1000Base-SX(短波光纤)、1000Base-CX(屏蔽铜线)和1999年发布的IEEE 802.3ab标准1000Base-T(5类UTP双绞线)。这4个千兆以太网规范支持不同类型的光纤和双绞线电缆。
    1000Base-LX：使用长波长激光，波长为1310nm，可以使用单模光纤，也可以使用多模光纤，采用8B/10B数据编码方法，主要适用于校园或城域主干网。使用单模光纤时，最大传输距离为70km。
    1000Base-SX：适使用短波，波长为850nm多模光纤。其中使用62.5nm多模光纤的最大传输距离为275m，使用50nm多模光纤的最大传输距离为550m。1000Base-SX规范采用8B/10B数据编码方法，适用于作为大楼网络系统的主干通路。
    1000Base-T：采用5类、超5类、6类或者7类UTP双绞线的全部4对芯线作为传输介质的千兆以太网规范，对应标准为IEEE 802.3ab（与其他千兆以太网标准不同）。它的最大传输距离为100m。在全部的4对双绞芯线中，每对都可以同时进行数据收发，所以即使是相同设备间的连接，也不需要制作交叉线，两端都用相同的布线标准即可。
    1000Base-CX：采用150Ω平衡屏蔽双绞线（STP）作为传输介质（连接器为DB-9），传输距离最长仅为25m，数据编码方法采用8B/10B，适用于数据中心设备间（如交换机之间的连接，尤其适用于主干交换机和主服务器之间的短距离连接），或者堆叠设备间的短距离互连，但不适用于数据中心与配线架的连接。
    三、光纤分布式数据接口网
    FDDI的英文全称为“Fiber Distributed Data Interface”，中文名为“光纤分布式数据接口”，它是于80年代中期发展起来一项局域网连接技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI标准由ANSI X3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似，采用环型令牌方式，如下图，并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2KM的多模光纤。

                图  被用作连接局域网的FDDI主干

    FDDI基本特性如下：
    可以使用多模或单模光纤作为传输介质；
    访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递。但与标准的令牌环又有所不同，一是FDDI规定发送结点在获得令牌后，将令牌取下，独立地发送数据帧，而Token Ring则是将数据插在“忙”令牌后发送；二是FDDI采用多令牌机制，允许发送结点在发送完数据帧后，立即产生一个新令牌帧发送到环上，以提高介质的利用率；三是FDDI使用定时的令牌访问方法。该方式是，获得令牌的结点，在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。所以在给定时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信；
    FDDI的双环操作，采用了主环和备用环,具有容错能力；
    支持100 M速率，通常作为连接LAN的主干网络；
    采用NRZ-I和4B/5B编码方法；
    最大距离为200kM，最多1000个站点；
    具有动态分配带宽的能力，能够支持同步和异步数据传输。