以太網端口技術（1）

1、以太網連接需求

    （1）以太網連接必須保證網絡的性能：網絡帶寬、網絡時延
    （2）以太網的性能需求主要取決於不同的應用：電子郵件、文件傳輸、實時語音、視頻
    （3）網絡性能取決於許多不同的因素，其中一個重要因素就是用來連接設備的線纜的類型和佈局

線纜的介質類型，主要以標準以太網、快速以太網、千兆以太網爲主

2、以太網類型

解決以太網連接帶寬問題，增加帶寬的兩種方法：1）增加網絡的總體帶寬：組建交換式以太網，帶寬獨享；增加鏈路速率，10M-100M-1000M；2）減少在同一共享介質纜段上的設備數量減少用戶。

標準以太網只能支持10Mbit/s的數據傳輸速率，快速以太網能夠支持100Mbit/s速率，千兆以太網支持1000Mbit/s速率

（1）標準以太網（10Mbit/s），通常只定位在網絡的接入層
（2）快速以太網（100Mbit/s），應用範圍較廣，在接入層爲高性能的PC和工作站提供100Mbit/s的接入，在匯聚層，提供接入層和匯聚層的連接，提供匯聚層到核心層的連接，提供高速服務器的連接，在覈心層，提供交換設備間的連接。快速以太網的標準是IEEE 802.3u，可以使用現有的UTP（非屏蔽雙絞線）或光纜，也支持標準以太網10Mbit/s的工作方式。做到了良好的向下兼容性。

快速以太網傳輸距離：

技術標準	線纜類型	傳輸距離
100Base TX	EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線2對	100m
100Base T4	EIA/TIA3、4、5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對	100m
100Base FX	多模光纖（MMF）線纜	550m~2km
	單模光纖（SMF）線纜	2km~15km

工作在全雙工模式下的快速以太網可以同時以100Mbt/s的速率進行收發操作，數據發送和接收的傳輸通路是彼此獨立的。

（3）千兆以太網（1000Mbit/s），接入層一般不使用，匯聚層提供接入層和匯聚層設備間的高速連接，核心層提供匯聚層和高速服務器的高速連接，提供核心設備間的高速互聯。具有堆疊功能的以太網交換機也是採用千兆口實現堆疊功能的，通常有菊花鏈模式和星型模式。

千兆以太網傳輸距離：

技術標準	線纜類型	傳輸距離
1000Base T	銅質EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對	100m
1000Base CX	銅質屏蔽雙絞線	25m
1000Base SX	多模光纖，50/60.5um光纖，使用波長爲850nm的激光	550m/275m
1000Base LX	單模光纖，9um光纖，使用波長爲1300nm的激光	2km~15km

千兆以太網使用1000BASE-X（8B/10B）編碼可支持三種介質：光纖（單模和多模）、使用4對線的5類UTP（1000BASE-T）、特殊的兩對線STP電纜（也稱爲短銅跳線Short Copper Jumper）；1000BASE-X支持三種光纖：50um多模光纖、60.5um多模光纖、9/10um單模光纖；1000BASE-X支持兩種用於激光驅動器的波長：短波（850nm，稱爲1000BASE-SX）、長波（1300nm，稱爲1000BASE-LX）；每個連接需要兩根光纖，分別用於接收和發送。

3、端口技術

（1）自協商技術，以太網技術發展到100M後，出現一個如何與原來10M以太網設備兼容的問題，自協商技術就是爲了解決這個問題。自協商功能允許一個網絡設備將自己所支持的工作模式信息傳達給網絡上的對端，並接受對方傳遞過來的相應信息，他使用修訂過的10BASE-T來傳遞信息，自協商功能完全由物理層芯片實現，因此不使用專用數據報文或帶來任何高層協議開銷。
自協商基本機制就是將協商信息封裝進一連串修改後的“10BASE-T 連接測試收發波形”的連接整合性測試脈衝（快速連接脈衝FLP）。每個網絡設備必須能夠在上電、管理命令發出、或是用戶干預時發出此串脈衝，從這些脈衝中抽取出數據就可得到對端設備支持的工作模式，以及一些用於協商的握手機制。爲了保持與10BASE-T不具備自協商功能的設備兼容，自協商協議還具有接受與10BASE-T兼容的連接整合性測試脈衝（Normal Link Plus 普通鏈接脈衝 NLP）的功能，當一個設備不能對快速連接脈衝做出有效反應，而僅返回了一個普通鏈接脈衝時，他被作爲一個10BASE-T兼容設備對待。

自協商基本頁信息：

在鏈路初始化時，自協商協議向對端設備發送16bit的報文並從對端設備接收類似報文。自協商內容主要包括速度、全雙工、流量控制等

與沒有自協商機制的設備連接，會出現以下情況：無法實現端口的自動雙速配置功能（如10Mbit/s和100Mbit/s）、無法確定雙工工作模式、無法確定是否需要流量控制功能
當對端設備不具備自協商功能時，當連接10BASE-T時，是通過識別10BASE-T設備每隔16ms發出的NLP信號來識別的；當連接100BASE-T時，是通過識別信號電平、時序及編碼獲得連接信息的。所以識別出10M或100M不通過自協商一樣可以完成。

如果對端設備不支持自協商，缺省的假設是：鏈路工作於半雙工模式，不使用顯式的流量控制機制。所以如果對端設備爲強制10M全雙工工作模式，和自協商的設備協商出來的結果將是：對端工作在10M全雙工工作模式，自協商的設備工作在10M半雙工的工作模式，這種連接雖然可以通信，但是必將會產生大量的衝突存在，需要避免。

當協商雙方都支持一種以上的工作方式時，需要一個優先級方案，IEEE802.3支持的五種模式優先級：

自協商還可以通過發送下一頁信息的功能來進行額外的信息交換，下一頁信息的編碼分兩種：一種是消息頁編碼，另一種是非格式化頁編碼。

光纖上的自協商：對光纖以太網，鏈路兩端的工作模式必須使用手工配置（速度、雙工模式、流控等），如果光纖兩端的配置不同是不能正確通信的；千兆以太網的自協商機制已經實現。光纖上以太網自協商失敗，沒實現。

（2）智能MDI/MDIX識別技術

以太網交換機屬於MDIX設備，輸出的以太網口屬於MDIX接口，連接MDI類設備（如PC）時，需要使用普通（平行）網線，如果採用交叉網線，不能正確連接通信。如果以太網交換機以太網口具備智能MDI/MDIX識別技術，可自動識別連接的網線類型，用戶不管採用普通網線或是交叉網線都能正確連接，也可以對端口進行配置。

（3）流量控制（PAUSE）

當通過交換機一個端口的流量過大，超過它的處理能力時，就會發生端口阻塞。流控的作用是防止在出現阻塞的情況下丟幀；在半雙工方式下，流控是通過後退壓力（backpressure）技術實現的，模擬產生碰撞，使得信息源降低發送速率；在全雙工方式下流控遵循IEEE 802.3x標準。

網絡擁塞一般是由於線速不匹配（100M向10M端口發送）和突發的集中傳輸產生的，可能導致：延時增加、丟包、重傳增加、網絡資源不能有效利用。

IEEE802.3x規定了一種64字節的“PAUSE”MAC控制幀的格式，當端口發生阻塞時，交換機向信息源發送“PAUSE”幀，告訴信息源暫停一段時間發送。

全雙工流量控制，IEEE 802.3x，交換機產生一個PAUSE幀，PAUSE幀使用一個保留的組播地址：01-80-C2-00-00-01，將他發送給正在方的站，發送站接收到該幀後，就會暫停或停止發送，PAUSE幀利用了一個保留的組播地址，他不會被網橋和交換機轉發，這樣PAUSE幀不會產生附加信息量。
PAUSE功能應用的場合：一對終端（簡單的兩點網絡）、一個交換機和一個終端、交換機和交換機之間的鏈路。PAUSE不能解決下列問題：穩定狀態的網絡擁塞、端到端流量控制、比簡單“停-啓”更復雜的機制

（4）端口匯聚

    端口聚合（Port Aggregation），也稱爲端口捆綁、端口聚集或鏈路聚集，爲交換機提供了端口捆綁的技術，允許兩個交換機之間通過兩個或多個端口並行連接同時傳輸數據以提供更高的帶寬。
    端口匯聚的優點：一是增加了網絡帶寬，多個連接的端口捆綁成一個邏輯連接，捆綁後的帶寬是每個獨立端口的帶寬總和；二是提高網絡練級的可靠性；
    端口匯聚需要具備的條件：端口匯聚兩端設備需要更多的端口；可能會使用更多的擴展模塊；可能需要申請最新的驅動軟件；需要對其正確配置和維護。
    端口匯聚的限制：不支持兩個設備以上的應用；只適用於802.3協議族的MAC機制；只能工作在全雙工模式下；所有捆綁的端口速率必須一致；捆綁的端口必須在一個模塊中

端口匯聚的實現原理：端口匯聚模型

端口匯聚技術不是將以太網幀進行分解，而是選擇參與端口匯聚的其中一個物理鏈接將整個以太網幀發送出去，所以端口聚合的過程實際上就是如何將需要發送的以太網幀分發到某一端口的過程，另一端就是如何將不同端口發送來的以太網幀合併起來，使之等同於單一接口收到的數據。

端口聚合的應用：端口乾路應用：

交換機到高速服務器或路由器的連接；交換機到交換機的連接，高速服務器（或高速路由器）之間的連接

4、端口配置，需要在以太網接口視圖下進行：

    （1）配置端口的工作速率：配置命令：
       speed {10 | 100 | auto} ——設置以太網接口的速率，auto（自協商）爲缺省值
        undo speed ——以太網接口的速率恢復爲缺省值
    （2）配置端口雙工工作狀態
        duplex {half | full | auto} ——設置以太網接口的雙工狀態，半雙工/全雙工/速率自動協商
        undo duplex ——以太網接口的雙工狀態設爲缺省值（auto）
    （3）配置端口的流控
        flow-cintrol ——開啓端口流控
        undo flow-control —— 關閉端口流控，系統缺省值爲Disable
    （4）配置端口的MDI/MDIX工作方式
        mdi {across | auto | normal} ——設置以太網接口連接的網線類型（交叉/自動識別/普通）
        undo mdi   ——恢復缺省值（auto）
    （5）配置端口匯聚：需要在全局視圖下進行，物理連接上的兩端設備均要配置
        link-aggregation port_num1 to port_num2 {ingress | both} ——設置以太網匯聚接口
        undo link-aggregation {master_port_num | all} ——刪除以太網匯聚接口
        參數含義：
        port_num1：表示加入的以太網物理接口範圍1。
        port_num2：表示加入的以太網物理接口範圍2。
       ingress：表示根據源MAC地址進行數據幀的分發
        both：表示根據源MAC地址和目的MAC地址進行數據幀的分發。
        master_port_num：接口匯聚的主接口號，加入的接口中接口號最小的以太網物理接口最爲master_port。
        all：刪除所有聚合接口。
    （6）查看當前端口乾路配置，在系統視圖下
        display link-aggregation [master_port_num] ——顯示所有匯聚接口的信息 [特定匯聚接口master_port_num的信息]
    （7）顯示端口的配置信息
        display interface [port_num] ——顯示接口的所有信息
        port_num：單個以太網端口，表示方式爲port_num={interface_type   interface_number   |   interface_name}