愛因斯坦網路安全合同

『壹』 Science：邁向量子互聯網

一個利用量子糾纏在遠方用戶之間建立密切聯系的量子網路正在形成。

撰文 | Gabriel Popkin

譯者 | 潘佳棟

審校 | 劉培源、晏麗

當一束優雅的藍色激光進入一個特殊的晶體中時，在晶體里其變成紅色，這表明每個光子都分裂成一對能量較低的光子，並且產生了一種神秘的聯系。這些粒子「糾纏」在一起，就像同卵雙胞胎一樣相互聯系。盡管住在遙遠的城市，它們卻知道彼此的想法。光子穿過一團亂麻，然後輕輕地將它們編碼的信息存入等待的原子雲 （clouds of atoms） 中。

「這種變換有一點像魔法」，石溪大學的物理學家伊登·菲格羅亞 （Eden Figueroa） 欣喜若狂。他和同事們在幾個實驗室長凳上炮製了這個裝置，上面堆滿了鏡頭和鏡子。但是他們心中有一個更大的想法。

圖1：伊登·菲格羅亞 (Eden Figueroa) 正試圖將微妙的量子信息從實驗室引入互聯世界

到年底，美國最大的都會區，包括紐約市郊區的司機可能會在不知不覺中為一個新的、可能具有革命性意義的網路的薄弱環節而努力：一個通過像菲格羅亞實驗室那樣的糾纏光子聯系在一起的「量子互聯網」 。

數十億美元已經被投入到量子計算機和感測器的研究中，但許多專家表示，這些設備只有在遠距離相互連接時才會迅速發展。就像網路將個人計算機從美化的打字機和 游戲 機轉變為不可或缺的電信設備一樣，這一願景和網路的這一方式相似。

糾纏是一種奇怪的量子力學性質，盡管它曾被阿爾伯特·愛因斯坦嘲笑為「幽靈般的超距作用」，但是研究人員仍希望能夠在遠距離建立緊密的、瞬時的聯系。量子互聯網可以將望遠鏡連接成超高解析度的陣列、精確地同步時鍾、為金融和選舉建立安全的通信網路、並使得從任何地方進行量子計算成為可能。它還可能催生出沒有人想像過的應用程序。

然而，將這些脆弱的聯系放入溫暖、嗡嗡作響的世界並非易事。如今存在的大多數傳輸鏈只能將糾纏的光子發送到相距僅幾十公里的接收器。同時，量子連接是短暫的，它會隨著光子的接收和測量而被破壞。研究人員希望可以無限期地維持糾纏，利用光子流在全球范圍內編織持久的量子連接。

為此，他們將需要光中繼器在量子通信網路中的等價物。光中繼器是當今電信網路的組件，可在數千公里的光纖中保持強光信號。幾個團隊已經展示了量子中繼器的關鍵組成部分，並表示他們在構建擴展網路的道路上進展順利。「我們已經解決了所有的科學問題，」哈佛大學的物理學家米哈伊爾·盧金 （Mikhail Lukin） 說，「我非常樂觀地認為，在5到10年內……我們將擁有大陸級別的量子網路原型。」

1969年10月29日晚 （即Woodstock音樂節剛結束2個月，越戰正在爆發） ，加利福尼亞大學洛杉磯分校的學生查理·克萊恩 （Charley Kline） 向位於加利福尼亞州門洛帕克的斯坦福研究所中500多公里外的計算機發送了一條消息。這標志著美國高等研究計劃署網路 （the Advanced Research Projects Agency Network，ARPANET） 開始建立。從那個不穩定的雙節點開始——克萊恩的預期信息是「login」，但在系統崩潰之前只有「lo」通過——互聯網已經擴展到今天的全球網路。大約 20 年前，物理學家開始猜測相同的基礎設施是否可以穿梭於更奇特的東西：量子信息。

1994年是一個激動人心的時刻。一位名叫彼得·肖爾 （Peter Shor） 的數學家設計了一種量子代碼，可以破解當時領先的加密演算法，這是經典計算機無法做到的。肖爾的演算法表明，量子計算機具有使非常小的或冷的物體同時以多種「疊加」狀態存在的能力，這可能具有爆炸級的應用——破解密碼。他們花費了長達數十年的努力來構建量子計算機。一些研究人員想知道量子互聯網是否會極大地增強這些機器的能力。

但是建造一台量子計算機已經足夠令人卻步了。就像糾纏一樣，對糾纏至關重要的疊加狀態是脆弱的，在被外界測量或以其他方式干擾時會崩潰。由於該領域專注於通用量子計算機，將這些計算機連接起來的想法大多被規劃到遙遠的未來。菲格羅亞打趣說，量子互聯網變得「就像量子計算機的時髦版本」。

第一個能夠傳輸單個糾纏光子的量子網路已經初具規模。2017年中國的一份報告是最引人注目的：一顆名為「墨子號」的量子衛星將糾纏粒子對發送到相距 1200 公里的地面站 （ Science , 16 June 2017, p. 1110） 。這一成就在華盛頓特區引發了擔憂，最終導致了 2018 年《國家量子倡議》法案 （ National Quantum Initiative Act ） 的通過，該法案由當時的總統唐納德·特朗普 （Donald Trump） 簽署成為法律，旨在推動美國的量子技術的進步。美國能源部 （The Department of Energy，DOE） 在 4 月份提出了進一步推進美國量子互聯網發展的設想，宣布斥資2500萬美元用於量子互聯網的研發，以連接國家實驗室和大學。「讓我們將我們的科學設施連接起來，證明量子網路是有效的，並為該國其他地區提供一個框架，讓其繼續並擴大規模。」最近才開始領導美國能源部科學辦公室的克里斯·法爾 （Chris Fall） 說。

由中國科學技術大學物理學家潘建偉領導的中國小組繼續發展其量子網路。根據1月份 Nature 的一篇論文，糾纏粒子現在可以跨越 4600 多公里，使用光纖和非量子中繼。其他國家也已經證明了更短距離的量子連接。

量子通信行業和政府開始通過一種稱為量子密鑰分發 （Quantum Key Distribution，QKD） 的方法，將最初的鏈接用於安全通信。QKD使雙方能夠通過對糾纏光子對進行同時測量來共享密鑰。量子連接可以防止密鑰被篡改或竊聽，因為任何干預測量都會破壞糾纏，用密鑰加密的信息可以通過普通渠道傳遞。QKD 被用於確保瑞士選舉的安全，並且銀行已經對其進行了測試。但許多專家質疑其重要性，因為更簡單的加密技術也不受已知攻擊的影響，包括Shor演算法。此外，QKD不能保證發送和接收節點的安全，這些節點仍然容易受到攻擊。

成熟的量子網路的目標更高。「它不僅會傳輸糾纏粒子」，美國國家標准與技術研究所的物理學家尼爾·齊默曼 （Neil Zimmerman） 說，「它將糾纏作為一種資源進行分配」，使設備能夠長時間糾纏，從而共享和利用量子信息。 （ Science , 19 October 2018, 10.1126/science.aam9288）

在量子網路的發展中，科學可能是首先受益的。量子網路的一種可能的用途是超長基線干涉測量。該方法將全球的射電望遠鏡連接起來，有效地創造了一個強大的單一、巨大的天線，足以對遙遠星系中心的黑洞進行成像。將遠距離的光學望遠鏡收集到的光組合起來更具挑戰性。但是物理學家提出了一些方案，可以在量子存儲器中捕獲望遠鏡收集的光，並使用糾纏光子提取和合並其相位信息，這是超高解析度的關鍵。分布式糾纏量子感測器還可以為暗物質和引力波帶來更靈敏的探測器網路。

量子網路更實際的應用包括超安全選舉和防黑客通信，這使得信息本身，而不僅僅是用於解碼它的密鑰，能夠像在QKD中密鑰一樣在糾纏節點之間共享。糾纏也可以同步原子鍾，並防止在它們之間積累信息的延遲和錯誤。除此之外，量子網路還可以提供一種連接量子計算機的方法，增強量子計算機的能力。在未來一定的時間里，每個量子計算機可能會被限制在幾百個量子比特，但如果糾纏在一起，它們可能能夠處理更復雜的計算。

進一步考慮這個想法，一些人還設想了一種雲計算的模擬，即所謂的盲量子計算 （Blind quantum computing） 。人們的想法是，有朝一日，最強大的量子計算機將位於國家實驗室、大學和公司，就像今天的超級計算機一樣。葯物和材料設計師或股票交易員可能希望在不泄露程序內容的情況下從遠處運行量子演算法。理論上，用戶可以在與遠程量子計算機糾纏在一起的本地設備上對問題進行編碼——利用遠程計算機的能力，但同時不泄漏該問題的信息。

「作為一名物理學家，我認為盲量子計算非常漂亮。」因斯布魯克大學的特蕾西·諾瑟普 （Tracy Northup） 說。

研究人員對完全糾纏網路 （fully entangled networks） 進行了早期研究。2015 年，魏納 （Wehner） 及其同事將光子與氮原子中的電子自旋糾纏在一起，它們被包裹在代爾夫特理工大學校園內相距1.3公里的兩顆小鑽石中。然後光子被發送到一個中間站，在那裡它們相互作用以糾纏鑽石節點。該實驗創造了「調制」糾纏的距離記錄，這意味著研究人員可以確認並使用它，並且這種聯系持續了長達幾微秒。

然而，更廣泛的網路可能需要量子中繼器來復制、校正、放大和重新廣播幾乎每個信號。盡管中繼器是經典互聯網中相對簡單的技術，但量子中繼器必須避開「不可克隆」定理——即從本質上講，量子態不能被復制。

圖2：量子網路將由糾纏的光子編織在一起，這意味著它們共享一個量子態。但是這需要量子中繼器在遙遠的用戶之間中繼脆弱的光子。

一種流行的量子中繼器設計從兩個相同的、不同來源的糾纏光子對開始，每對中的一個光子飛向遙遠的端點，這些端點可能是量子計算機、感測器或其他中繼器。讓我們稱它們為Alice和Bob，因為量子物理學家習慣這樣做。

每對光子的另一半向內拉，朝向中繼器的中心。該設備必須捕獲先到達的光子，將其信息導入量子存儲器 （可能是鑽石或原子雲） ，糾正在傳輸過程中積累的錯誤，並對其進行處理，直到另一個光子到達。然後中繼器需要以糾纏遙遠的光子雙胞胎的方式將兩者聯系起來。這個過程被稱為糾纏交換 （entanglement swapping） ，在遙遠的端點Alice和Bob之間創建了一個鏈接。其他的中繼器可以將Alice連接到Carol，將Bob連接到Dave，最終跨越很遠的距離。

菲格羅亞將他建造這種設備的動力追溯到他2008年在卡爾加里大學的博士學位論文答辯。這位出生於墨西哥的年輕物理學家描述了他如何將原子與光糾纏在一起之後，一位理論學家問他要如何處理這個裝置。「當時我真丟臉，我沒有答案。對我來說，這是一個我可以玩的玩具。」菲格羅亞回憶道。「他告訴我：『量子中繼器就是你要做的。』」

受到啟發，菲格羅亞在來到石溪之前就在馬克思·普朗克量子光學研究所研究了該系統。他很早就確認商用的量子中繼器應該在室溫下運行——這與大多數量子實驗室的實驗不同，後者在非常冷的溫度下進行，以最大限度地減少可能擾亂脆弱量子態的熱振動。

菲格羅亞希望將銣蒸氣作為中繼器的一個組件，即量子存儲器。銣原子是鋰和鈉的同族元素，對科學家很有吸引力，因為它們的內部量子態可以通過光來設置和控制。在菲格羅亞的實驗室中，來自分頻晶體的糾纏光子進入每個包含 1 萬億個左右銣原子的塑料細胞 （cells） 。在那裡，每個光子的信息被編碼為原子之間的疊加，在那裡它持續幾分之一毫秒——這對於量子實驗來說非常好。

菲格羅亞仍在開發第二階段的中繼器：使用計算機控制的激光脈沖來糾正錯誤並維持雲的量子態。然後，額外的激光脈沖會將攜帶糾纏的光子從存儲器發送到測量設備，以與最終用戶發生糾纏。

盧金使用不同的介質構建量子中繼器：包裹在鑽石中的硅原子。傳入的光子可以調整硅電子的量子自旋，從而產生潛在的穩定記憶。論文中，他的團隊報告捕獲和存儲量子態的時間超過五分之一秒，遠遠長於銣存儲器。2020年一篇發表在 Nature 上的文章中指出，盡管必須將鑽石冷卻到絕對零上幾分之一度的范圍內，但盧金錶示製冷器正在變得緊湊和高效， 「現在這是我最不擔心的。」

在代爾夫特理工大學，魏納和她的同事也在推動鑽石方法，但使用氮原子而不是硅。上個月在 Science 雜志上，該團隊報道了在實驗室中糾纏三顆鑽石，創建了一個微型量子網路。首先，研究人員使用光子糾纏了兩種不同的鑽石：Alice和Bob。在Bob中，糾纏從氮轉移到碳核中的自旋：一種長壽命的量子存儲器。然後在Bob的氮原子和第三顆鑽石Charlie之間重復糾纏過程。研究人員對 Bob的氮原子和碳核進行聯合測量然後將糾纏轉移到第三顆鑽石，即Alice到Charlie。

實驗負責人、代爾夫特理工大學物理學家羅納德·漢森 （Ronald Hanson） 說，盡管該實驗距離比現實世界的量子網路需要的距離短得多、效率也低得多，但可控的糾纏交換證明了量子中繼器的工作原理，這是「從未被做過的事情」。

潘建偉的團隊還展示了一個部分中繼器，其中原子雲作為量子存儲器。但在2019年發表在 Nature Photonics 上的一項研究中，他的團隊展示了一個完全不同的早期原型：通過平行光纖發送大量的糾纏光子，至少有一個可能在旅途中倖存下來。潘建偉說，雖然這可能避免對中繼器的需求，但該網路需要能夠糾纏至少數百個光子，而他目前的記錄是12個光子。使用衛星產生糾纏是潘建偉正在開發的另一項技術，也可以減少對中繼器的需求，因為光子在太空中的存在時間比通過光纖長得多。

大多數專家都認為，真正的量子中繼器還需要數年時間，最終可能會使用當今量子計算機中常見的技術，例如超導體或俘獲離子，而不是鑽石或原子雲。這樣的設備需要捕獲幾乎所有擊中它的光子，並且可能需要至少幾百個量子比特的量子計算機來校正和處理信號。從某種意義上說，更好的量子計算機可以推動量子互聯網的發展——這反過來又可以增強量子計算。

在物理學家努力打造完美中繼器的同時，他們正在將單個大都市區內的站點連接起來，因為它們不需要中繼器。在2月發布到 arXiv 的一項研究中，菲格羅亞將他的實驗室中兩個原子雲存儲器中的光子通過79公里的商業光纖發送到布魯克海文國家實驗室，在那裡光子被合並——代爾夫特理工大學的小組朝著這種端到端類型的糾纏邁出了一步。到明年，他計劃在他的大學和他的創業公司Qunnect的紐約辦公室之間部署兩個量子存儲器，並把它們壓縮到一個微型冰箱的大小，看看它們是否能提高光子在旅途中倖存下來的幾率。

波士頓、洛杉磯和華盛頓特區也正在建設量子網路，兩個網路將把伊利諾伊州的阿貢國家實驗室和費米國家加速器實驗室與芝加哥地區的幾所大學連接起來。代爾夫特理工大學的研究人員希望很快將他們創紀錄的長期糾纏擴展到荷蘭海牙的商業電信設施，而其他新興網路正在歐洲和亞洲不斷發展。

這些量子網路最終目標是使用中繼器將這些小型網路連接到洲際互聯網。但首先，研究人員面臨著更簡單的挑戰，包括建造更好的光子源和探測器、最大限度地減少光纖連接處的損耗，以及在特定量子系統 （例如原子雲或鑽石） 的固有頻率和電信光纖傳導的紅外波長之間有效地轉換光子。「那些現實世界的問題，」齊默曼說，「實際上可能比光纖衰減的問題更大。」

圖3：微小鑽石中的雜質原子（如該晶元的核心）可以存儲和傳遞量子信息。

有些人懷疑這項技術是否是在炒作。「糾纏是一種非常奇怪、非常特殊的性質」，陸軍研究實驗室的物理學家庫爾特·雅各布斯說， 「它不一定適用於所有類型的應用程序。」 例如，對於時鍾同步，與經典方法相比量子網路的優勢僅體現在糾纏設備數量的平方根上，量子網路需要連接9個設備才能獲得經典網路3倍的收益。三倍增益需要連接九個時鍾——可能會遇到高於它的價值的問題。「擁有功能性量子網路總是比經典網路更難。」雅各布斯說。

對於這種懷疑，芝加哥大學的物理學家大衛·奧沙洛姆 （David Awschalom） 反駁說，「我們正處於量子技術的晶體管階段。」 晶體管於1947年被發明出來，幾年之後，公司才發現它在收音機、助聽器和其他設備中的用途。如今，每一台新電腦、智能手機和 汽車 的晶元中，都蝕刻了數以億計的晶體管.

未來幾代人可能會像我們懷念阿帕網 （ARPANET） 一樣回望此刻——作為互聯網的純嬰兒版本，阿帕網的巨大潛力當時沒有得到認可和商業化。「你可以肯定，我們還沒有想到這項技術將做的一些最重要的事情」，奧沙洛姆說：「如果你相信已經做了最重要的事情，那說明你太傲慢了。」

本文經授權轉載自微信公眾號「集智俱樂部」。

原文地址：https://science.sciencemag.org/content/372/6546/1026

『貳』 什麼是乙太網為什麼要叫做「以太」網

乙太網簡介：

乙太網(Ethernet)指的是由Xerox公司創建並由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶區域網規范，是當今現有區域網採用的最通用的通信協議標准。乙太網絡使用CSMA/CD（載波監聽多路訪問及沖突檢測）技術，並以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。乙太網與IEEE802.3系列標准相類似。包括標準的乙太網（10Mbit/s)、快速乙太網（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）乙太網。它們都符合IEEE802.3。

標准：

IEEE802.3規定了包括物理層的連線、電信號和介質訪問層協議的內容。乙太網是當前應用最普遍的區域網技術，它很大程度上取代了其他區域網標准。如令牌環、FDDI和ARCNET。歷經100M乙太網在上世紀末的飛速發展後，千兆乙太網甚至10G乙太網正在國際組織和領導企業的推動下不斷拓展應用范圍。

常見的802.3應用為：

10M: 10base-T （銅線UTP模式），

100M: 100base-TX （銅線UTP模式），

100base-FX（光纖線），

1000M: 1000base-T（銅線UTP模式）

乙太網具有的一般特徵概述如下：
共享媒體：所有網路設備依次使用同一通信媒體。
廣播域：需要傳輸的幀被發送到所有節點，但只有定址到的節點才會接收到幀。
CSMA/CD：乙太網中利用載波監聽多路訪問/沖突檢測方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）以防止 twp 或更多節點同時發送。
MAC 地址：媒體訪問控制層的所有 Ethernet 網路介面卡（NIC）都採用48位網路地址。這種地址全球唯一。

Ethernet 基本網路組成：
共享媒體和電纜：10BaseT（雙絞線），10Base-2（同軸細纜），10Base-5（同軸粗纜）。
轉發器或集線器：集線器或轉發器是用來接收網路設備上的大量乙太網連接的一類設備。通過某個連接的接收雙方獲得的數據被重新使用並發送到傳輸雙方中所有連接設備上，以獲得傳輸型設備。
網橋：網橋屬於第二層設備，負責將網路劃分為獨立的沖突域獲分段，達到能在同一個域/分段中維持廣播及共享的目標。網橋中包括一份涵蓋所有分段和轉發幀的表格，以確保分段內及其周圍的通信行為正常進行。
交換機：交換機，與網橋相同，也屬於第二層設備，且是一種多埠設備。交換機所支持的功能類似於網橋，但它比網橋更具有的優勢是，它可以臨時將任意兩個埠連接在一起。交換機包括一個交換矩陣，通過它可以迅速連接埠或解除埠連接。與集線器不同，交換機只轉發從一個埠到其它連接目標節點且不包含廣播的埠的幀。
乙太網協議：IEEE 802.3標准中提供了以太幀結構。當前乙太網支持光纖和雙絞線媒體支持下的四種傳輸速率：
10 Mbps _10Base-TEthernet（802.3）
100 Mbps _ Fast Ethernet（802.3u）
1000 Mbps _ Gigabit Ethernet（802.3z)）
10 Gigabit Ethernet _ IEEE802.3ae

歷史

乙太網技術的最初進展來自於施樂帕洛阿爾托研究中心的許多先鋒技術項目中的一個。人們通常認為乙太網發明於1973年，當年羅伯特·梅特卡夫(Robert Metcalfe）給他PARC的老闆寫了一篇有關乙太網潛力的備忘錄。但是梅特卡夫本人認為乙太網是之後幾年才出現的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs發表了一篇名為《乙太網：局域計算機網路的分布式包交換技術》的文章。1977年底，梅特卡夫和他的合作者獲得了「具有沖突檢測的多點數據通信系統」的專利。多點傳輸系統被稱為CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問），從此標志乙太網的誕生。

1979年，梅特卡夫為了開發個人電腦和區域網離開了施樂，成立了3Com公司。3com對迪吉多，英特爾，和施樂進行游說，希望與他們一起將乙太網標准化、規范化。這個通用的乙太網標准於1980年9月30日出台，當時業界有兩個流行的非公有網路標准令牌環網和ARCNET，在乙太網大潮的沖擊下他們很快萎縮並被取代。而在此過程中，3Com也成了一個國際化的大公司。

乙太網插頭：

梅特卡夫曾經開玩笑說，Jerry Saltzer為3Com的成功作出了貢獻。Saltzer在一篇與他人合著的很有影響力的論文中指出，在理論上令牌環網要比乙太網優越。受到此結論的影響，很多電腦廠商或猶豫不決或決定不把乙太網介面做為機器的標准配置，這樣3com才有機會從銷售乙太網網卡大賺。這種情況也導致了另一種說法「乙太網不適合在理論中研究，只適合在實際中應用」。也許只是句玩笑話，但這說明了這樣一個技術觀點：通常情況下，網路中實際的數據流特性與人們在區域網普及之前的估計不同，而正是因為乙太網簡單的結構才使區域網得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾經在麻省理工學院 MAC項目（Project MAC）的同一層樓里工作，當時他正在做自己的哈佛大學畢業論文，在此期間奠定了乙太網技術的理論基礎。

該標準定義了在區域網（LAN）中採用的電纜類型和信號處理方法。乙太網在互聯設備之間以10~100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜10 Base T乙太網由於其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應用最為廣泛的乙太網技術。直擴的無線乙太網可達11Mbps，許多製造供應商提供的產品都能採用通用的軟體協議進行通信，開放性最好。

標准乙太網：

開始乙太網只有10Mbps的吞吐量，使用的是帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的訪問控制方法。這種早期的10Mbps乙太網稱之為標准乙太網，乙太網可以使用粗同軸電纜、細同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等多種傳輸介質進行連接。並且在IEEE802.3標准中，為不同的傳輸介質制定了不同的物理層標准，在這些標准中前面的數字表示傳輸速度，單位是「Mbps」，最後的一個數字表示單段網線長度（基準單位是100m），Base表示「基帶」的意思，Broad代表「寬頻」。

·10Base－5 使用直徑為0.4英寸、阻抗為50Ω粗同軸電纜，也稱粗纜乙太網，最大網段長度為500m。基帶傳輸方法，拓撲結構為匯流排型。10Base－5組網主要硬體設備有：粗同軸電纜、帶有AUI插口的乙太網卡、中繼器、收發器、收發器電纜、終結器等。

·10Base－2 使用直徑為0.2英寸、阻抗為50Ω細同軸電纜，也稱細纜乙太網，最大網段長度為185m，基帶傳輸方法，拓撲結構為匯流排型；10Base－2組網主要硬體設備有：細同軸電纜、帶有BNC插口的乙太網卡、中繼器、T型連接器、終結器等。

·10Base－T 使用雙絞線電纜，最大網段長度為100m。拓撲結構為星型；10Base－T組網主要硬體設備有：3類或5類非屏蔽雙絞線、帶有RJ-45插口的乙太網卡、集線器、交換機、RJ-45插頭等。

· 1Base－5 使用雙絞線電纜，最大網段長度為500m，傳輸速度為1Mbps；

·10Broad－36 使用同軸電纜（RG－59/U CATV），網路的最大跨度為3600m，網段長度最大為1800m，是一種寬頻傳輸方式；

·10Base－F 使用光纖傳輸介質，傳輸速率為10Mbps

1．乙太網和IEEE802．3的工作原理
在基於廣播的乙太網中，所有的工作站都可以收到發送到網上的信息幀。每個工作站都要確認該信息幀是不是發送給自己的，一旦確認是發給自己的，就將它發送到高一層的協議層。
在採用CSMA／CD傳輸介質訪問的乙太網中，任何一個CSMA／CDLAN工作站在任何一時刻都可以訪問網路。發送數據前，工作站要偵聽網路是否堵塞，只有檢測到網路空閑時，工作站才能發送數據。
在基於競爭的乙太網中，只要網路空閑，任一工作站均可發送數據。當兩個工作站發現網路空閑而同時發出數據時，就發生沖突。這時，兩個傳送操作都遭到破壞，工作站必須在一定時間後重發，何時重發由延時演算法決定。
2．乙太網和IEEE802．3服務的差別
盡管乙太網與IEEE802．3標准有很多相似之處，但也存在一定的差別。乙太網提供的服務對應於OSI參考模型的第一層和第二層，而IEEE802．3提供的服務對應於OSI參考模型的第一層和第二層的信道訪問部分（即第二層的一部分）。IEEE802．3沒有定義邏輯鏈路控制協議，但定義了幾個不同物理層，而乙太網只定義了一個。
IEEE802．3的每個物理層協議都可以從三方面說明其特徵，這三方面分別是LAN的速度、信號傳輸方式和物理介質類型。

乙太網是在 20 世紀 70 年代研製開發的一種基帶區域網技術，使用同軸電纜作為網路媒體，採用載波多路訪問和沖突檢測（ CSMA/CD ）機制，數據傳輸速率達到10MBPS 。但是如今乙太網更多的被用來指各種採用 CSMA/CD 技術的區域網。乙太網的幀格式與 IP 是一致的，特別適合於傳輸 IP 數據。乙太網由於具有簡單方便、價格低、速度高等。

乙太網這個名字，起源於一個科學假設：聲音是通過空氣傳播的，那麼光呢？在外太空沒有空氣光也可以傳播。於是，有人說光是通過一種叫以太的物質傳播。後來，愛因斯坦證明以太根本就不存在。

乙太網與互聯網的差別：

主要差別：乙太網是一種區域網，只能連接附近的設備，網際網路是廣域網，我們可以通過網際網路連接到美國去得到消息。
兩者都算是用來連接電腦的網路，但是兩者的范圍是不同的。乙太網是局限在一定的距離之內的，我們可以有成千上百個乙太網；但是網際網路呢，是最大的廣域網了，我們只有一個網際網路，所以網際網路又可以說是網路中的網路。
網際網路是一個超大的國際化的系統，它能夠把世界上的各個地方的網路連接起來，私人的，公共的，學術的還是商業的網路或者政府的網路，都可以互相連接，共享資源。形象的來說，網際網路就是我們在打開網頁，發送郵件，在線聽音樂看電影所用的網路，它包括了非常廣泛的信息，現在的我們已經習以為常了。
而乙太網呢，基本上就是只允許本地的幾台電腦互相連接。電腦之間相互傳送消息是有一組技術支持的。一般來說，連接到乙太網上的電腦都在同一棟樓里，或者在周圍附近。但是隨著乙太網網線的發展，乙太網的范圍可以擴展到十公里了。但是因為都是用網線互聯，要想連接到很遠的地方是不現實的。
生活化一點，乙太網就是把你家的電腦，筆記本連接到貓上，然後再通過貓連接到網際網路上去，這樣你才能和國外的朋友Skype。因此，你家的電腦，筆記本和貓就組成了一個乙太網。可以想像，世界上有成千上萬個乙太網。商業上應用乙太網，將他們所有的電腦連接到主伺服器上。
乙太網可以有一個或者幾個管理員。網際網路上可能有一些部分是由管理員的，但是沒有一個可以操控整個網際網路的管理員。
另外一個區別就是安全性。乙太網是比較安全的，因為他是一個封閉的內部網路，外部人員是沒有許可權的。但是網際網路是公開連接的，每個人都可以瀏覽。

下面主要介紹了四種不同格式的乙太網幀格式。

在每種格式的乙太網幀的開始處都有64比特（8位元組）的前導字元，如圖1所示。其中，前7個位元組稱為前同步碼（Preamble），內容是16進制數0xAA，最後1位元組為幀起始標志符0xAB，它標識著乙太網幀的開始。前導字元的作用是使接收節點進行同步並做好接收數據幀的准備。

圖5 Ethernet 802. 3 SNAP幀格式

Ethernet 802. 3 SNAP類型乙太網幀格式和Ethernet 802. 3 SAP類型乙太網幀格式的主要區別在於：

• 2個位元組的DSAP和SSAP欄位內容被固定下來，其值為16進制數0xAA。

• 1個位元組的"控制"欄位內容被固定下來，其值為16進制數0x03。

• 增加了SNAP欄位，由下面兩項組成：

• 新增了3個位元組的組織唯一標識符（Organizationally Unique Identifier，OUI ID）欄位，其值通常等於MAC地址的前3位元組，即網路適配器廠商代碼。

• 2個位元組的「類型」欄位用來標識乙太網幀所攜帶的上層數據類型。

太網可以採用多種連接介質，包括同軸纜、雙絞線和光纖等。其中雙絞線多用於從主機到集線器或交換機的連接，而光纖則主要用於交換機間的級聯和交換機到路由器間的點到點鏈路上。同軸纜作為早期的主要連接介質已經逐漸趨於淘汰。

注意區分雙絞線中的直通線和交叉線兩種連線方法.

以下連接應使用直通電纜：

交換機到路由器乙太網埠

計算機到交換機

計算機到集線器

交叉電纜用於直接連接 LAN 中的下列設備：

交換機到交換機

交換機到集線器

集線器到集線器

路由器到路由器的乙太網埠連接

計算機到計算機

計算機到路由器的乙太網埠

CSMA/CD共享介質乙太網

帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問 (CSMA/CD)[2]技術規定了多台電腦共享一個通道的方法。這項技術最早出現在1960年代由夏威夷大學開發的ALOHAnet，它使用無線電波為載體。這個方法要比令牌環網或者主控制網要簡單。當某台電腦要發送信息時，必須遵守以下規則：

• 開始:如果線路空閑，則啟動傳輸，否則轉到第4步。

• 發送:如果檢測到沖突，繼續發送數據直到達到最小報文時間 （保證所有其他轉發器和終端檢測到沖突），再轉到第4步。

• 成功傳輸:向更高層的網路協議報告發送成功，退出傳輸模式。

• 線路忙:等待，直到線路空閑線路進入空閑狀態- 等待一個隨機的時間，轉到第1步，除非超過最大嘗試次數。

• 超過最大嘗試傳輸次數:向更高層的網路協議報告發送失敗，退出傳輸模式。

就像在沒有主持人的座談會中，所有的參加者都通過一個

『叄』 關於網路安全的名言警句

1、安全第一，預防為主，綜合治理。
2、事故出於麻痹，安全來於警惕。
3、隱患險於明火，防範勝於救災，責任重於泰山。
4、質量是安全基礎，安全為生產前提。
5、安全生產，人人有責；一分責任，十分落實。
6、千條萬條，安全生產第一條；千計萬計，安全教育第一計。
7、安全來於警惕，事故處於麻痹。巧幹帶來安全，蠻干招來禍端。
8、一人把關一人安，眾人把關穩如山。
9、傲自滿是事故的導火索，謙虛謹慎是安全的鋪路石。
10、安全是生命的基石，安全是歡樂的階梯。
11、安全是生命之本，違章是事故之源。
12、冒險是事故之友，謹慎為安全之本。
13、細小漏洞不補，事故洪流難堵。
14、寒霜偏打無根草，事故專找大意人。
15、事故牽動千萬家，安全要靠你我他。
16、無知加大意必危險，防護加警惕保安全。
17、人人把好安全關，處處設防隱患少。
18、安全是最大的節約，事故是最大的浪費。
19、管生產必須管安全
20、高高興興上班，平平安安回家。
21、安全為了生產，生產必須安全。
22、質量是安全基礎，安全為生產前提。
23、居安思危，常備不懈。
24、企業效益最重要，安全生產第一條。
25、安全人人抓，幸福千萬家。安全兩天敵，違章和麻痹。
26、安全要講，事故要防，安不忘危，樂不忘憂。
27、安全法規血寫成，違章害己害親人。
28、時時注意安全，處處預防事故。
29、安全是職工的生命線，職工是安全的負責人。
30、質量是企業的生命，安全是職工的生命。
31、以人為本，安全第一。
32、安全生產只有起點，沒有終點；只有更好，沒有最好。
33、安全投入不可少，隱患排查最重要。
34、生命至高無上，安全責任為天。
35、安全人人抓，幸福千萬家。安全兩天敵，違章和麻痹。
36、容忍危險等於作法自斃，謹慎行事才能安然無恙。
37、無情於違章懲處，有情於幸福家庭。
38、安全來自長期警惕，事故源於瞬間麻痹。
39、抓基礎從大處著眼，防隱患從小處著手。
40、時時注意安全，處處預防事故。
41、安全要講，事故要防，安不忘危，樂不忘憂。
42、嚴格安全檢查，避免嚴重後果。
43、寶劍鋒從磨礪出，安全好從嚴中來。
44、安全生產，警鍾長鳴。
45、沒有拉不直的繩子，也沒有消不除的隱患。
46、眼睛容不下一粒砂子，安全來不得半點馬虎。
47、繩子總在磨損地方折斷，事故常在薄弱環節出現。
48、你對違章講人情，事故對你不留情
49、事事落到實處，安全有備無患。
50、專心工作為首要，質量安全皆顧到。