本书全面介绍了千兆以太网的发展、技术和应用，深入浅出地阐述了千兆以太网的基本原理和应用环境。本书共分16章，内容包括：千兆以太网发展过程；交换机和专用带宽；半-全双工操作；流量控制；自动链路配置；千兆位MAC算法；千兆以太网集线器原理和比较；千兆以太网物理信令和拓扑规则；千兆以太网应用问题和性能因素；其他的高速LAN技术如ATM、FDDI、光纤信道等。
本书概念清晰、内容翔实，是网络技术人员了解和掌握千兆以太网技术的最佳指南，也可作为计算机专业研究生和本科生的教材或参考书。
20世纪80年代至90年代期间，计算机网络应用迅速增长。人们考虑的不再是要不要使用网络，而是使用何种网络的问题。接入网络的设备(个人计算机、工作站和服务器等)以及网络应用在此期间更是发展迅速，以往的技术已经成为网络性能的障碍。这正如高速公路一样，虽然车道在不断地增加，但是车流量的增加使得道路总是处于拥挤状态。
千兆以太网诞生于1995年，它是当今世界上最流行的LAN技术家族的新成员。主宰新一代以太网系统的诱惑力吸引了大批的制造商，他们竞相踊跃地提供各种新产品，以填饱网络应用带宽的辘辘饥腹。正是在那一年，国际电子和电气工程师协会(IEEE)MAN/LAN标准委员会启动了制定千兆以太网工业标准的进程。虽然一个IEEE标准的酝酿过程可能会比大象的孕育期还长，但IEEE802.3z千兆以太网标准有望在1998年中期得到正式批准。已经有一大批设备制造商宣布正式支持该标准。更重要的是，可使用的千兆以太网产品已经出现了。
本书涉及高速网络设计和部署中的复杂问题，对用户和开发者都具有指导意义。
本书的读者
本书面向两种人员：
网络技术人员：包括在公司工作、从事计算机和通信产品设计和制造的工程师，学术研究人员(教师和学生)，网络产品市场和销售人员，独立技术顾问以及任何对理解千兆以太网工作细节感兴趣的人。在此意义下，本书是一部能提供技术细节而又没有IEEE标准冗长和形式化特点的参考书。
网络用户：包括网络规划者、设计者、安装者、网络管理员、管理信息服务(MIS)管理人员、增值分销商以及任何单位中负责挑选、安装和使用网络产品的操作人员。本书有助于这些用户理解和熟悉这项新技术，并可帮助他们在选择和购买产品时做出合理的决定。在很多情况下，这些用户主要以设备供货商作为主要的信息来源。由于供货商有推销自己技术的强烈倾向，而不管其技术是否对用户合适，因此它们的信息是值得怀疑的。
读者至少应对LAN特别是以太网有所了解。本书不是给初学者提供的面面俱到的教程，并且无意成为一部百科全书，而是只专注于千兆以太网及其相关技术。具有以太网基础的网络技术人员和用户学习本书可了解千兆以太网系统原理，并得到大量有关10、100、1000Mb/s以太网的技术内幕，而不仅仅停留在一些表面现象上。
本书也无意成为一部“标准比较”大全，但是第13章对各种标准做了总结性描述。书中的大量内容可帮助读者理解千兆以太网技术，以及它如何最大程度地满足实际应用的需要。本书有意使用一些实用的日常性术语，尽量少用标准文档中常用的缩写词汇。
本书的组织
本书共分为三大部分。
第一部分：千兆以太网基础
第1章 回顾千兆以太网的历史，讨论以太网普及的原因，指出促进以太网发展的一些关键性的基础技术。
第2章 讨论从共享介质(同轴电缆)到专用介质的转变(双绞线或光纤)。
第3章 介绍网桥和交换机的原理以及从共享带宽LAN到以交换机为中心的专用LAN的转变。
第4章 说明交换机为实现全双工操作创造了条件，以及由此带来的其他问题。
第5章 描述以太网多年发展过程中帧格式的轻微变化以及最终的统一格式。
第6章 提供以太网流量控制操作和使用的详细信息。
第7章 控制器-收发器接口如何从原始10Mb/s收发器电缆演变成100Mb/s和千兆以太网使用的介质无关接口。
第8章 解释自动链路配置机制(自动协商)的操作。
第二部分：千兆以太网技术
第9章 对千兆以太网的概述。对于知识丰富的读者和有经验的网络人员来说，如果想快速了解千兆以太网与其低速前身相比有什么新特点，本章是一个好的起点(最好也阅读前面的第一部分，那里有许多有用信息以及以前很少能见到的技术内幕)。
第10章 解释为支持1000Mb/s操作对以太网介质访问控制(MAC)算法所做的调整。讨论全双工和半双工两种模式下的千兆以太网。
第11章 讨论千兆以太网集线器的设计和选择问题。对中继器、交换机、路由器以及“缓冲式分配器”都作了详尽的解释。
第12章 描述千兆以太网低级物理信令的细节。提供有关光纤和双绞线介质编码方法、接口、介质规范以及拓扑规则等方面的详尽信息。另外对千兆以太网自动协商原理也作了解释。本章对网络安装和规划人员是非常有用的。
第13章 IEEE802.3z千兆以太网标准的简单介绍。
第三部分：千兆以太网应用
第14章 讨论不同应用环境产生的不同网络需求，并说明每种应用最适合的技术是什么。这里强调的是一种“自顶向下”以应用为中心的网络设计方法，而不是以技术为导向的方法。
第15章 考察复杂网络的性能问题，以及引起网络性能低下的实际原因。提供了测量网络性能并使网络能发挥最大性能的技术细节。
第16章 替代千兆以太网的其他一些技术，包括交换式快速以太网、FDDI、光纤通道、HIPPI和ATM等技术。
技术更新
网络技术变化很快，特别是写作和出版像本书这样技术性很强的书籍很需要时间，期间很多技术可能发生了变化。本书的写作与千兆以太网标准开发是同步的，出版时标准还没有被正式批准。因此，本书中的某些操作参数与最终发布的标准之间可能会有细微的差异。另外，千兆以太网的发展不会随第一版标准的发布而终止。技术的扩展和标准的修正和维护是一个持续的过程。
为保证能获得最新信息，包括本书的更正信息，请参考如下WWW网址：
http://www.awl.com/cseng/titles/0-201-18553-9/
作者的联系方法
无论您认为本书有用还是无用，欢迎提出反馈意见以及您认为应该出现在将来修订版中的任何补充或更正信息。也许我无法保证回复所有的意见，但请随意与我联系：
Rich Seifert
Networks & Communications Consulting
21885 Bear Creek Way
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(408) 395-1966(fax)
seifert@netcom.com
Rich Seifert：暂无简介
郎波 黄冬泉 张辉 李巍：暂无简介
以太网(10Mb/s)是有史以来最成功的LAN技术，而千兆以太网(1000Mb/s)是以太网家族中的最新成员。20世纪90年代以来，LAN的发展出现了一些新变化。首先，桌面计算机迅速普及，计算能力逐步提高，计算环境互连成为普遍的要求，这些对LAN产生了巨大的带宽需求压力；其次，硅处理技术、线路编码技术取得了显著的进步，计算机硬件产品价格不断下降，特别是在网络安装和配置方面出现了以专用介质为基础的交换式网络，凡此种种为提供高速的LAN创造了物质条件。应运而生的快速以太网(100Mb/s)为已不堪重负的10Mb/s以太网提供了一条简便的兼容升级途径。它可用于连接桌面计算机、工作组服务器，也可以用做建筑楼宇内外互连LAN的主干。然而，随着多媒体应用和LAN互连需求的增长，使用快速以太网本身又产生了新的带宽需求压力。在园区主干层次，往往聚集了来自多个100Mb/s网络的流量负载，从长远的角度看，快速以太网是难以胜任的，而这正是千兆以太网游刃有余的地方。千兆以太网借鉴了快速以太网成功的经验：使用成熟可靠的物理层技术；保持现有以太网的帧格式；虽然全双工操作方式将是必然的选择，但千兆以太网还是策略地兼容以太网的半双工操作方式。在可以预见的一段时期内，千兆以太网将是连接高性能服务器和互连园区和建筑物范围内LAN的一种高性能价格比的技术方案。
本书作者Rich Seifert是美国网络和通信咨询公司的总裁，是最初10Mb/s以太网的开发者和规范的制订者之一，同时他还是IEEE802.3x全双工流量控制标准的负责人和编辑，并积极参与了IEEE802.3z千兆以太网任务组的工作。另外，他还在加州大学伯克利分校教授网络方面的高级课程。因为这样的经历，Rich Seifert先生在这部著作中，不仅向我们展示了以太网特别是千兆以太网技术发展的来龙去脉，分析了现实世界LAN中千兆以太网应用和操作的有关问题，而且深入浅出地阐述了千兆以太网的基本原理、体系结构以及技术标准的许多细节。本书无疑将是千兆以太网领域内的一部权威著作。虽然如此，作者丝毫也没有去堆砌晦涩的技术术语，而是尽量用常用的词汇描述千兆以太网设计、实现和应用等方面的问题。不同层次的读者都能从中获益匪浅。
本书包含了下列基本内容：
?千兆以太网的历史及其基本原理。
?交换机和专用带宽的应用。
?全双工操作及其对网络设计的影响。
?以太网流量控制。
?自动链路配置机制。
?千兆以太网介质访问控制(MAC)算法的变化。
?千兆以太网集线器(Hub)之间的差异，包括中继器、交换机、路由器以及缓冲式分配器。
?千兆以太网物理信令，包括编码方法、接口、介质规范以及拓扑规则。
?适用于各种现实世界应用环境的技术和产品特性。
?影响网络性能的重要因素，优化网络投资和配置的方法等。
另外，本书包含一个IEEE802.3z千兆以太网标准的简单总结。作者还把千兆以太网和一些其他高速LAN技术诸如光纤通道、FDDI、HIPPI和ATM等做了比较。
本书由北京航空航天大学网络中心郎波、黄冬泉、张辉、李巍翻译，由黄冬泉统稿。全书由李伟琴教授审定。
由于时间和水平所限，翻译错误在所难免，恳请读者批评指正。
译者
2000年6月
译者序
前言
第一部分 千兆以太网基础
第1章 千兆网之前的以太网 1
1.1 以太网发展简史 1
1.1.1 1973-1982：以太网的产生与DIX联
盟 1
1.1.2 1982-1990：10Mb/s以太网发展成
熟 2
1.1.3 1983-1997：LAN桥接与交换 2
1.1.4 1992-1997：快速以太网 2
1.1.5 1996—今：千兆以太网 3
1.2 以太网流行的原因 3
1.2.1 以太网与令牌环 3
1.2.2 价格取胜 4
1.2.3 DIX贡献出他们唯一的LAN，以太
网...... 5
1.3 以太网像钟摆一样摆动 6
1.4 以太网的命名方法 7
1.5 走向千兆以太网 8
第2章 从共享介质到专用介质 10
2.1 最先选用同轴电缆的原因 10
2.2 向结构化布线转变 11
2.3 结构化布线的优点 13
2.4 10BASE-T/100BASE-T的变革 15
2.5 专用介质和千兆以太网 15
2.5.1 桌面UTP布线 16
2.5.2 建筑物和园区主干网：光纤网 17
2.5.3 专用介质 18
第3章 从共享式LAN到专用LAN 19
3.1 共享带宽LAN的基本概念 19
3.2 LAN网桥 20
3.2.1 数据链路编址 21
3.2.2 单播地址和组播地址 22
3.2.3 全局唯一地址的副产品 23
3.2.4 网桥的工作过程 23
3.3 交换机是网桥 26
3.4 交换式LAN的基本概念 26
3.4.1 隔离冲突域 26
3.4.2 分段和微分段 27
3.4.3 扩展距离限制 29
3.4.4 增加总容量 29
3.4.5 数据率灵活性 29
3.5 成本与性能 30
3.6 千兆以太网交换机的意义 31
第4章 全双工以太网 33
4.1 以太网是CSMA/CD 33
4.2 为什么使用MAC 33
4.3 实现全双工的必要因素 34
4.3.1 专用介质 34
4.3.2 专用LAN 36
4.4 全双工以太网 37
4.4.1 全双工操作环境 37
4.4.2 半双工操作的子集 38
4.4.3 发送器操作 39
4.4.4 接收器操作 39
4.4.5 帧的最小长度限制 39
4.5 全双工操作的意义 40
4.5.1 排除了半双工以太网中连接长度的
限制 40
4.5.2 增加链路容量 40
4.5.3 增加交换机负载 42
4.6 全双工的应用环境 43
4.6.1 交换机到交换机的连接 43
4.6.2 服务器和路由器连接 43
4.6.3 远距离连接 44
4.7 全双工模式在千兆以太网中的应用 45
第5章 帧格式 46
5.1 位/字节顺序的表示方法 46
5.1.1 位序 46
5.1.2 字节顺序 46
5.2 以太网地址 47
5.3 以太网帧 48
5.4 IEEE802.3帧格式1983~1996 49
5.5 IEEE802.3帧格式1997 51
第6章 以太网流量控制 53
6.1 以太网流量控制需求 53
6.1.1 交换机的功能 53
6.1.2 丢帧的影响 53
6.1.3 端到端流量控制 55
6.1.4 性能价格权衡 55
6.1.5 半双工网络的后退压力 55
6.1.6 全双工网络中的显式流量控制 57
6.2 MAC控制 57
6.2.1 MAC控制结构 57
6.2.2 MAC控制帧格式 59
6.3 PAUSE功能 59
6.3.1 PAUSE操作概述 60
6.3.2 PAUSE帧的语义 60
6.3.3 流量控制功能的配置 62
6.4 流量控制的实现问题 63
6.4.1 PAUSE功能的实现 63
6.4.2 流量控制策略及其使用 66
6.5 流量控制的对称性 68
6.5.1 对称式的流量控制 68
6.5.2 非对称式流量控制 68
第7章 以太网的介质无关性 71
7.1 多介质类型的以太网 71
7.2 10Mb/s连接单元接口 72
7.2.1 介质无关性是一个意外产物 72
7.2.2 AUI体系结构 72
7.2.3 AUI设计 73
7.3 100Mb/s介质无关接口 74
7.3.1 MII体系结构 74
7.3.2 MII设计 75
7.4 介质无关性和千兆以太网 76
7.5 介质无关接口总结 76
第8章 自动配置 78
8.1 产生自动配置的动机 78
8.2 UTP系统上的自动协商 79
8.2.1 自动协商的发展 79
8.2.2 自动协商范围 79
8.2.3 自动协商原理 80
8.2.4 自动协商操作 81
8.3 光纤上的自动协商 83
8.4 千兆以太网自动配置 83
第二部分 千兆以太网技术
第9章 千兆以太网体系结构及概述 85
9.1 千兆以太网体系结构 85
9.2 千兆以太网技术概述 86
9.2.1 更高层软件和接口 86
9.2.2 MAC操作 86
9.2.3 信号编码 87
9.2.4 物理介质和信令 88
9.2.5 拓扑 90
9.2.6 介质无关接口 91
9.2.7 自动协商 92
9.2.8 10/100/1000Mb/s以太网技术移植
总结 92
第10章 千兆以太网介质访问控制 94
10.1 半双工MAC 94
10.1.1 半双工以太网MAC操作 94
10.1.2 半双工操作的限制 97
10.1.3 载波扩展 100
10.1.4 帧突发 101
10.1.5 千兆以太网半双工操作参数 103
10.2 全双工MAC 106
10.2.1 全双工操作的限制 106
10.2.2 全双工MAC的操作 106
10.2.3 千兆以太网全双工操作性参数 106
10.3 半双工和全双工千兆以太网的基本原
理和目标应用 107
第11章 千兆以太网集线器 109
11.1 中继器 109
11.1.1 中继器操作 110
11.1.2 中继器管理 112
11.1.3 千兆以太网支持的中继器配置 113
11.1.4 共享千兆以太网的性能 114
11.1.5 中继器的优缺点 115
11.1.6 共享千兆以太网的应用 115
11.2 交换式集线器 117
11.2.1 工作组级与园区网级交换机 117
11.2.2 千兆以太网交换机的特点 118
11.2.3 千兆交换机体系结构问题 120
11.2.4 缓冲式分配器 123
11.3 路由式集线器 126
11.3.1 千兆以太网路由 127
11.3.2 快速路径路由功能 128
11.3.3 非快速路径路由 129
第12章 千兆以太网的物理层 131
12.1 物理层的体系结构 131
12.1.1 点到点链路 132
12.1.2 块编码 132
12.1.3 串行器和线路驱动器 133
12.2 1000BASE-X 134
12.2.1 1000BASE-X块编码 135
12.2.2 线路编码 138
12.2.3 物理层接口 138
12.2.4 光纤介质(1000BASE-SX/LX) 141
12.2.5 铜介质(1000BASE-CX) 144
12.2.6 1000BASE-X模式小结 146
12.2.7 自动配置 146
12.3 1000BASE-T 149
12.4 物理层设计准则 150
12.4.1 介质选择 151
12.4.2 全双工链路限制 152
12.4.3 半双工链路限制 153
第13章 千兆以太网标准简介 155
13.1 IEEE802.3是什么？ 155
13.2 IEEE802.3z是什么？ 156
13.3 读者对象 156
13.4 IEEE802.3z标准 158
13.4.1 IEEE802.3z标准结构 158
13.4.2 AUI、MII等的含义 160
13.4.3 体系结构：标准与现实 161
13.4.4 标准条款 162
13.5 正在进行的工作 167
第三部分 千兆以太网应用
第14章 应用环境 169
14.1 端站接入点 170
14.1.1 硬件平台和I/O总线 171
14.1.2 操作系统 171
14.1.3 数据率需求 172
14.1.4 介质类型 172
14.1.5 其他特征 172
14.2 局域网互连 173
14.2.1 互连网络层次结构 173
14.2.2 网络互连的功能需求 176
14.2.3 局域网互连产品参考表 181
第15章 性能问题 183
15.1 端到端通信路径 183
15.1.1 磁盘驱动器 184
15.1.2 磁盘I/O总线 184
15.1.3 应用处理 184
15.1.4 协议处理 185
15.1.5 设备驱动程序 186
15.1.6 外设总线 186
15.1.7 网络接口 186
15.1.8 局域网LAN 189
15.1.9 LAN互连技术 190
15.1.10 网络互连设备 191
15.2 测量和提高性能 192
15.2.1 瞬间和平均利用率 193
15.2.2 冲突统计 193
15.2.3 可接受的信道利用率 194
15.2.4 以太网开销 194
第16章 其他的技术方案 196
16.1 快速以太网 196
16.1.1 总容量与吞吐量 196
16.1.2 距离限制 197
16.1.3 交换快速以太网与共享千兆以太
网 197
16.1.4 聚集容量与端-端吞吐量 197
16.1.5 成本与产品成熟性 198
16.1.6 快速以太信道 199
16.2 光纤分布式数据接口FDDI 200
16.2.1 FDDI操作 200
16.2.2 FDDI容量 203
16.2.3 FDDI的优势 203
16.3 高性能并行接口HIPPI 203
16.3.1 HIPPI操作 204
16.3.2 流量控制 204
16.3.3 HIPPI成帧 205
16.3.4 HIPPI物理信令 206
16.3.5 HIPPI与千兆以太网 207
16.4 光纤信道 208
16.4.1 光纤信道技术 208
16.4.2 光纤信道分层和体系结构 209
16.4.3 光纤信道和千兆以太网 211
16.4.4 光纤信道作为千兆以太网的替代
品 211
16.5 异步传输模式ATM 211
16.5.1 ATM基础 212
16.5.2 ATM技术 213
16.5.3 使用ATM进行数据通信 217
16.5.4 集成语音、视频和数据 227
16.5.5 ATM：未来的浪潮 229
16.5.6 ATM的优点和缺点 229
附录 8B/10B代码表 231
参考文献 238
