1. 计算机网络的常用网络
虽然我们所能看到的局域网主要是以双绞线为代表传输介质的以太网,那只不过是我们所看到都基本上是企、事业单位的局域网,在网络发展的早期或在其它各行各业中,因其行业特点所采用的局域网也不一定都是以太网,在局域网中常见的有:以太网(Ethernet)、令牌网(Token Ring)、FDDI网、异步传输模式网(ATM)等几类,下面分别作一些简要介绍。 (EtherNet)
以太网最早是由Xerox(施乐)公司创建的,在1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司联合开发为一个标准。以太网是应用最为广泛的局域网,包括标准以太网(10Mbps)、快速以太网(100Mbps)、千兆以太网(1000 Mbps)和10G以太网,它们都符合IEEE802.3系列标准规范。
(1)标准以太网
最开始以太网只有10Mbps的吞吐量,它所使用的是CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路访问)的访问控制方法,通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质,那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准,下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准,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“宽带”。
·10Base-5 使用粗同轴电缆,最大网段长度为500m,基带传输方法;
·10Base-2 使用细同轴电缆,最大网段长度为185m,基带传输方法;
·10Base-T 使用双绞线电缆,最大网段长度为100m;
·1Base-5 使用双绞线电缆,最大网段长度为500m,传输速度为1Mbps;
·10Broad-36 使用同轴电缆(RG-59/U CATV),最大网段长度为3600m,是一种宽带传输方式;
·10Base-F 使用光纤传输介质,传输速率为10Mbps;
(2)快速以太网
(Fast Ethernet)
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。
100Mbps快速以太网标准又分为:100BASE-TX 、100BASE-FX、100BASE-T4三个子类。
·100BASE-TX:是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线,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。符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT 1类布线标准。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。
·100BASE-FX:是一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤(62.5和125um) 多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里,这与所使用的光纤类型和工作模式有关,它支持全双工的数据传输。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编码方式,信号频率为25MHz,符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASE-T相同的RJ-45连接器,最大网段长度为100米。
(3)千兆以太网
(GB Ethernet)
随着以太网技术的深入应用和发展,企业用户对网络连接速度的要求越来越高,1995年11月,IEEE802.3工作组委任了一个高速研究组(HigherSpeedStudy Group),研究将快速以太网速度增至更高。该研究组研究了将快速以太网速度增至1000Mbps的可行性和方法。1996年6月,IEEE标准委员会批准了千兆位以太网方案授权申请(Gigabit Ethernet Project Authorization Request)。随后IEEE802.3工作组成立了802.3z工作委员会。IEEE802.3z委员会的目的是建立千兆位以太网标准:包括在1000Mbps通信速率的情况下的全双工和半双工操作、802.3以太网帧格式、载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/CD)技术、在一个冲突域中支持一个中继器(Repeater)、10BASE-T和100BASE-T向下兼容技术千兆位以太网具有以太网的易移植、易管理特性。千兆以太网在处理新应用和新数据类型方面具有灵活性,它是在赢得了巨大成功的10Mbps和100Mbps IEEE802.3以太网标准的基础上的延伸,提供了1000Mbps的数据带宽。这使得千兆位以太网成为高速、宽带网络应用的战略性选择。
1000Mbps千兆以太网主要有以下三种技术版本:1000BASE-SX,-LX和-CX版本。1000BASE-SX 系列采用低成本短波的CD(compact disc,光盘激光器) 或者VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,垂直腔体表面发光激光器)发送器;而1000BASE-LX系列则使用相对昂贵的长波激光器;1000BASE-CX系列则打算在配线间使用短跳线电缆把高性能服务器和高速外围设备连接起来。
(4)10G以太网
10Gbps的以太网标准已经由IEEE 802.3工作组于2000年正式制定,10G以太网仍使用与以往10Mbps和100Mbps以太网相同的形式,它允许直接升级到高速网络。同样使用IEEE 802.3标准的帧格式、全双工业务和流量控制方式。在半双工方式下,10G以太网使用基本的CSMA/CD访问方式来解决共享介质的冲突问题。此外,10G以太网使用由IEEE 802.3小组定义了和以太网相同的管理对象。总之,10G以太网仍然是以太网,只不过更快。但由于10G以太网技术的复杂性及原来传输介质的兼容性问题(只能在光纤上传输,与原来企业常用的双绞线不兼容了),还有这类设备造价太高(一般为2 ̄9万美元),所以这类以太网技术还处于研发的初级阶段,还没有得到实质应用。 令牌环网是IBM公司于20世纪70年代发展的,这种网络比较少见。在老式的令牌环网中,数据传输速度为4Mbps或16Mbps,新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构,但逻辑上仍是环形拓扑结构。结点间采用多站访问部件(Multistation Access Unit,MAU)连接在一起。MAU是一种专业化集线器,它是用来围绕工作站计算机的环路进行传输。由于数据包看起来像在环中传输,所以在工作站和MAU中没有终结器。
在这种网络中,有一种专门的帧称为“令牌”,在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。令牌为24位长,有3个8位的域,分别是首定界符(Start Delimiter,SD)、访问控制(Access Control,AC)和终定界符(End Delimiter,ED)。首定界符是一种与众不同的信号模式,作为一种非数据信号表现出来,用途是防止它被解释成其它东西。这种独特的8位组合只能被识别为帧首标识符(SOF)。由于以太网技术发展迅速,令牌网存在固有缺点,令牌在整个计算机局域网已不多见,原来提供令牌网设备的厂商多数也退出了市场,所以在局域网市场中令牌网可以说是“昨日黄花”了。 (Fiber Distributed Data Interface)
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,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。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多,且因为它只支持光缆和5类电缆,所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。
当数据以100Mbps的速度输入输出时,在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展,用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤,这一点它比快速以太网及100Mbps令牌网传输介质要贵许多,然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问,所以在FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。
FDDI的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。它与标准的令牌环又有所不同,主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动,如果某结点不需要传输数据,FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输,那么在指定的称为“目标令牌循环时间”(Target Token Rotation Time,TTRT)的时间内,它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法,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可以发送两种类型的包:同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输(如音频、视频和多媒体通信);异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中,TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。 ATM的英文全称为“asynchronous transfer mode”,中文名为“异步传输模式”,它的开发始于70年代后期。ATM是一种较新型的单元交换技术,同以太网、令牌环网、FDDI网络等使用可变长度包技术不同,ATM使用53字节固定长度的单元进行交换。它是一种交换技术,它没有共享介质或包传递带来的延时,非常适合音频和视频数据的传输。ATM主要具有以下优点:
1.ATM使用相同的数据单元,可实现广域网和局域网的无缝连接。
2.ATM支持VLAN(虚拟局域网)功能,可以对网络进行灵活的管理和配置。
3.ATM具有不同的速率,分别为25、51、155、622Mbps,从而为不同的应用提供不同的速率。
ATM是采用“信元交换”来替代“包交换”进行实验,发现信元交换的速度是非常快的。信元交换将一个简短的指示器称为虚拟通道标识符,并将其放在TDM时间片的开始。这使得设备能够将它的比特流异步地放在一个ATM通信通道上,使得通信变得能够预知且持续的,这样就为时间敏感的通信提供了一个预QoS,这种方式主要用在视频和音频上。通信可以预知的另一个原因是ATM采用的是固定的信元尺寸。ATM通道是虚拟的电路,并且MAN传输速度能够达到10Gbps。 (Wireless Local Area Network;WLAN)
无线局域网是目前最新,也是最为热门的一种局域网,特别是自Intel推出首款自带无线网络模块的迅驰笔记本处理器以来。无线局域网与传统的局域网主要不同之处就是传输介质不同,传统局域网都是通过有形的传输介质进行连接的,如同轴电缆、双绞线和光纤等,而无线局域网则是采用空气作为传输介质的。正因为它摆脱了有形传输介质的束缚,所以这种局域网的最大特点就是自由,只要在网络的覆盖范围内,可以在任何一个地方与服务器及其它工作站连接,而不需要重新铺设电缆。这一特点非常适合那些移动办公一簇,有时在机场、宾馆、酒店等(通常把这些地方称为“热点”),只要无线网络能够覆盖到,它都可以随时随地连接上无线网络,甚至Internet。
无线局域网所采用的是802.11系列标准,它也是由IEEE 802标准委员会制定的。这一系列主要有4个标准,分别为:802.11b(ISM 2.4GHz)、802.11a(5GHz)、802.11g(ISM 2.4GHz) 和802.11z,前三个标准都是针对传输速度进行的改进,最开始推出的是802.11b,它的传输速度为11MB/s,因为它的连接速度比较低,随后推出了802.11a标准,它的连接速度可达54MB/s。但由于两者不互相兼容,致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用,所以在正式推出了兼容802.11b与802.11a两种标准的802.11g,这样原有的802.11b和802.11a两种标准的设备都可以在同一网络中使用。802.11z是一种专门为了加强无线局域网安全的标准。因为无线局域网的“无线”特点,致使任何进入此网络覆盖区的用户都可以轻松以临时用户身份进入网络,给网络带来了极大的不安全因素(常见的安全漏洞有:SSID广播、数据以明文传输及未采取任何认证或加密措施等)。为此802.11z标准专门就无线网络的安全性方面作了明确规定,加强了用户身份认证制度,并对传输的数据进行加密。所使用的方法/算法有:WEP(RC4-128预共享密钥,WPA/WPA2(802.11 RADIUS集中式身份认证,使用TKIP与/或AES加密算法)与WPA(预共享密钥)
2. 共享介质局域网存在的问题及解决问题的方法
那就是CSMA/CD,载波侦听多路访问/冲突检测
网络的使用者持续地监听网络,在发起传输前要确保没有其它的传输者正在使用网络。然后发起传输。但这不能避免大家碰巧一起发起传输的情形,所以还需要一个冲突检测机制。一旦检测到冲突,也就是多个传输端都试图占用介质,那么就采取一个自动回退延时的方法来避开冲突。如果再次试图使用网络又冲突,延迟时间翻倍,这叫二进制指数退避。直到可以占用介质完成传输。
3. 什么网络拓扑结构不共享传输介质
树型
4. 共享介质局域网交换式局域网他们有什么不同
类似是说共享介质用的是HUB,交换式用的是交换机
区别是HUB连十台机器,如果是百兆网,每台机器只能分到10兆带宽
交换机连十台机器,如果是百兆网,每台机器都能得到百兆带宽
5. 联通宽带是不是一栋楼或者几户人家共享一条网线的
联通宽带都是独享网速的,不是共享,这也是联通宽带的特点。可以登陆测速网站测一下,如果达不到可以报修。
6. MAC地址会用完吗
这么说吧:根本不存在用完的可能,mac地址是链路层到网络层使用的地址,用于在同一个广播域(局域网)中标识一台主机,一个广播域就是一个交换机所有接口的范围,出去这个范围起作用的是ip地址和mac地址就没有半毛钱关系了,最大的交换机我没见过多于100个接口的,但mac地址有2^48个,冲突的可能性太小了。如果网络设备制造商能保证10年内不制造相同mac地址的设备,那么根本就没有冲突的可能。
局域网:
几台主机(可能有电脑还有路由器)连接到一台交换机或集线器便可组成,当一个主机要发送数据时就将一段数据组成"mac地址-ip地址-目标主机端口-数据"的形式,对常见的以太网而言你发送数据的使用的信道(比如网线、wifi)是多台主机共享的(使用网线连接到交换机时有点区别,但本质上还是共享介质),所有主机都会收到其他人发送的数据(arp欺骗实现基础),其他主机会通过mac地址来确认这个数据是不是发送给自己的,普通终端主机(如手机、电脑)如果发现这个数据是自己的就接收否则就丢弃,当路由器收到这条数据时如果自己的路由表中没有走到目的ip地址的路径就丢弃,如果有则将mac地址剥离并加上下一跳网段上目标路由器接口的mac地址,下一台路由器使用同样的方式发送到再下一台路由器直到到达目的主机,所以mac地址只在选择下一个主机时生效到达下一个主机的接口后失效。
如今我们连接到internet网络多使用光纤,两台主机之间使用唯一的物理连接,不再是共享介质网络,成为所谓的p2p网络,mac地址在这种网络上就没有存在的必要了。
7. 1.OSI参考模型将网络(从下往上)分为2:TCP/IP协议模型只有4层,从下往上分别为
1、
第7层 应用层
第6层 表示层
第5层 会话层
第4层 传输层:
第3层 网络层
第2层 数据链路层:
第1层 物理层
2、应用层、运输层、网际层和网络接口层
3、传输层的数据叫段 网络层的PDU叫包
4、集线器(HUB)是一种共享介质的网络设备,而且HUB本身不能识别目的地址,是采用广播方式向所有节点发送。即当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时,数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的,对网络上所有节点同时发送同一信息,然后再由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。网络数据传输效率相当低。
交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上。控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的MAC地址(网卡的硬件地址)对照表以确定目的MAC的NIC(网卡)挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵直接将数据迅速包传送到目的节点,而不是所有节点,目的MAC若不存在才广播到所有的端口。
换机还有每个端口独享交换机的一部分总带宽,HUB每个端口共享总带宽。
5、交换机工作在(数据链路)层 路由器工作在OSI模型中的网络层
6、以太网用 CSMA/CD介质控制 、FDDI 令牌环介质控制
8. 什么是以太网
以太网(Ethernet)是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准,如令牌环网(token ring)、FDDI和ARCNET。
以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑,但目前的快速以太网(100BASE-T、1000BASE-T标准)为了最大程度的减少冲突,最大程度的提高网络速度和使用效率,使用交换机(Switch hub)来进行网络连接和组织,这样,以太网的拓扑结构就成了星型,但在逻辑上,以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 即带冲突检测的载波监听多路访问)的总线争用技术。
目录 [隐藏]
1 历史
2 概述
3 CSMA/CD共享介质以太网
4 以太网中继器和集线器
5 桥接和交换
6 以太网类型
6.1 早期的以太网
6.2 10Mbps以太网
6.3 100Mbps以太网(快速以太网)
6.4 1Gbps以太网
6.5 万兆以太网
6.6 十万兆以太网
7 参考文献
8 参看
9 外部链接
[编辑]历史
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,当年鲍勃.梅特卡夫(Bob 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:区域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。
网路协议
应用层
DHCP · DNS · FTP · Gopher · HTTP · IMAP4 · IRC · NNTP · XMPP · POP3 · SIP · SMTP · SNMP · SSH · TELNET · RPC · RTCP · RTP ·RTSP · SDP · SOAP · GTP · STUN · NTP · SSDP · BGP · RIP · 更多
传输层
TCP · UDP · TLS · DCCP · SCTP ·
RSVP · PPTP · OSPF · 更多
网络层
IP (IPv4 · IPv6) · ARP · RARP · ICMP · ICMPv6 · IGMP ·
IS-IS · IPsec · 更多
数据链路层
Wi-Fi(IEEE 802.11) · WiMAX(IEEE 802.16) ·
ATM · DTM · 令牌环 · 以太网路 · FDDI · 帧中继 · GPRS · EVDO · HSPA · HDLC · PPP · L2TP · ISDN ·STP · 更多
物理层
以太网路 · 调制解调器 · 电力线通信(PLC) · SONET/SDH · G.709 · 光导纤维 · 同轴电缆 · 双绞线 · 更多
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1979年,梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐(Xerox),成立了3Com公司。3Com对DEC、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在一篇与他人合着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Saltzer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。
[编辑]概述
1990年代的以太网网卡或叫NIC(Network Interface Card,以太网适配器)。这张卡可以支持基于同轴电缆的10BASE2 (BNC连接器, 左)和基于双绞线的10BASE-T(RJ-45, 右)。
以太网基于网络上无线电系统多个节点发送信息的想法实现,每个节点必须取得电缆或者信道的才能传送信息,有时也叫作以太(Ether)。(这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。) 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址,以保证以太网上所有系统能互相鉴别。由于以太网十分普遍,许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板.
已经发现以太网通讯具有自相关性的特点,这对于电信通讯工程十分重要的。
[编辑]CSMA/CD共享介质以太网
带冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD)技术规定了多台电脑共享一个信道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet,它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网要简单。当某台电脑要发送信息时,必须遵守以下规则:
开始 - 如果线路空闲,则启动传输,否则转到第4步
发送 - 如果检测到冲突,继续发送数据直到达到最小报文时间 (保证所有其他转发器和终端检测到冲突),再转到第4步.
成功传输 - 向更高层的网络协议报告发送成功,退出传输模式。
线路忙 - 等待,直到线路空闲
线路进入空闲状态 - 等待一个随机的时间,转到第1步,除非超过最大尝试次数
超过最大尝试传输次数 - 向更高层的网络协议报告发送失败,退出传输模式
就像在没有主持人的座谈会中,所有的参加者都通过一个共同的媒介(空气)来相互交谈。每个参加者在讲话前,都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话,那么他们都停下来,分别随机等待一段时间再开始讲话。这时,如果两个参加者等待的时间不同,冲突就不会出现。如果传输失败超过一次,将采用退避指数增长时间的方法(退避的时间通过截断二进制指数退避算法(truncated binary exponential backoff)来实现)。
最初的以太网是采用同轴电缆来连接各个设备的。电脑通过一个叫做附加单元接口(Attachment Unit Interface,AUI)的收发器连接到电缆上。一根简单网线对于一个小型网络来说还是很可靠的,对于大型网络来说,某处线路的故障或某个连接器的故障,都会造成以太网某个或多个网段的不稳定。
因为所有的通信信号都在共用线路上传输,即使信息只是发给其中的一个终端(destination),某台电脑发送的消息都将被所有其他电脑接收。在正常情况下,网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息,接收目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求,除非网卡处于混杂模式(Promiscuous mode)。这种“一个说,大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点,因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽,所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢,比如电源故障之后,当所有的网络终端都重新启动时。
[编辑]以太网中继器和集线器
在以太网技术的发展中,以太网集线器(Ethernet Hub)的出现使得网络更加可靠,接线更加方便。
因为信号的衰减和延时,根据不同的介质以太网段有距离限制。例如,10BASE5同轴电缆最长距离500米 (1,640 英尺)。最大距离可以通过以太网中继器实现,中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段,但是只能有4个设备(即一个网段最多可以接4个中继器)。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题:当一段同轴电缆断开,所有这个段上的设备就无法通讯,中继器可以保证其他网段正常工作。
类似于其他的高速总线,以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆,电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器,and affixed to a male M or BNC connector.如果不这么做,就会发生类似电缆断掉的情况:总线上的AC 信号当到达终端时将被反射,而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突,从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离,增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能,可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来,这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。
随着应用的拓展,人们逐渐发现星型的网络拓扑结构最为有效,于是设备厂商们开始研制有多个端口的中继器。多端口中继器就是众所周知的集线器(Hub)。集线器可以连接到其他的集线器或者同轴网络。
第一个集线器被认为是“多端口收发器”或者叫做“fanouts”。最着名的例子是DEC的DELNI,它可以使许多台具有AUI连接器的主机共用一个收发器。集线器也导致了不使用同轴电缆的小型独立以太网网段的出现。
像DEC和SynOptics这样的网络设备制造商曾经出售过用于连接许多10BASE-2细同轴线网段的集线器。
非屏蔽双绞线(unshielded twisted-pair cables , UTP)最先应用在星型局域网中,之后在10BASE-T中也得到应用,并最终代替了同轴电缆成为以太网的标准。这项改进之后,RJ45电话接口代替了 AUI 成为电脑和集线器的标准界口,非屏蔽3类双绞线/5类双绞线成为标准载体。集线器的应用使某条电缆或某个设备的故障不会影响到整个网络,提高了以太网的可靠性。双绞线以太网把每一个网段点对点地连起来,这样终端就可以做成一个标准的硬件,解决了以太网的终端问题。
采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构,但在逻辑上仍然是总线型的,半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法,集线器对于减少包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口,所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总吞吐量受到单个连接速度的限制(10或100 Mbit/s),这还是考虑在前同步码、帧间隔、头部、尾部和打包上花销最少的情况。当网络负载过重时,冲突也常常会降低总吞吐量。最坏的情况是,当许多用长电缆组网的主机传送很多非常短的帧时,网络的负载仅达到50%就会因为冲突而降低集线器的吞吐量。为了在冲突严重降低吞吐量之前尽量提高网络的负载,通常会进行一些设置工作。
[编辑]桥接和交换
尽管中继器在某些方面隔离了以太网网段,电缆断线的故障不会影响到整个网络,但它向所有的以太网设备转发所有的数据。这严重限制了同一个以太网网络上可以相互通信的机器数量。为了减轻这个问题,桥接方法被采用,在工作在物理层的中继器之基础上,桥接工作在数据链路层。通过网桥时,只有格式完整的数据包才能从一个网段进入另一个网段;冲突和数据包错误则都被隔离。通过记录分析网络上设备的MAC地址,网桥可以判断它们都在什么位置,这样它就不会向非目标设备所在的网段传递数据包。象生成树协议这样的控制机制可以协调多个交换机共同工作。
早期的网桥要检测每一个数据包,这样,特别是同时处理多个端口的时候,数据转发相对Hub(中继器)来说要慢。1989年网络公司Kalpana发明了EtherSwitch,第一台以太网交换机。以太网交换机把桥接功能用硬件实现,这样就能保证转发数据速率达到线速。
大多数现代以太网用以太网交换机代替Hub。尽管布线同Hub以太网是一样的,但是交换式以太网比共享介质以太网有很多明显的优势,例如更大的带宽和更好的结局隔离异常设备。交换网络典型的使用星型拓扑, 尽管设备工作在半双工模式是仍然是共享介质的多结点网。10BASE-T和以后的标准是全双工以太网,不再是共享介质系统。
交换机加电后,首先也像Hub那样工作,转发所有数据到所有端口。接下来,当它学习到每个端口的地址以后,他就只把非广播数据发送给特定的目的端口。这样,线速以太网交换就可以在任何端口对之间实现,所有端口对之间的通讯互不干扰。
因为数据包一般只是发送到他的目的端口,所以交换式以太网上的流量要略微小于共享介质式以太网。尽管如此,交换式以太网依然是不安全的网络技术,因为它还很容易因为ARP欺骗或者MAC满溢而瘫痪,同时网络管理员也可以利用监控功能抓取网络数据包。
当只有简单设备(除Hub之外的设备)接入交换机端口,那么整个网络可能工作在全双工方式。如果一个网段只有2个设备,那么冲突探测也不需要了,两个设备可以随时收发数据。总的带宽就是链路的2倍(尽管带宽每个方向上是一样的),但是没有冲突发生就意味着允许几乎100%的使用链路带宽。
交换机端口和所连接的设备必须使用相同的双工设置。多数100BASE-TX和1000BASE-T设备支持自动协商特性,即这些设备通过信号来协调要使用的速率和双工设置。然而,如果自动协商被禁用或者设备不支持,则双工设置必须通过自动检测进行设置或在交换机端口和设备上都进行手工设置以避免双工错配——这是以太网问题的一种常见原因(设备被设置为半双工会报告迟发冲突,而设备被设为全双工则会报告runt)。许多低端交换机没有手工进行速率和双工设置的能力,因此端口总是会尝试进行自动协商。当启用了自动协商但不成功时(例如其他设备不支持),自动协商会将端口设置为半双工。速率是可以自动感测的,因此将一个10BASE-T设备连接到一个启用了自动协商的10/100交换端口上时将可以成功地建立一个半双工的10BASE-T连接。但是将一个配置为全双工100Mb工作的设备连接到一个配置为自动协商的交换端口时(反之亦然)则会导致双工错配。
即使电缆两端都设置成自动速率和双工模式协商,错误猜测还是经常发生而退到10Mbps模式。因此,如果性能差于预期,应该查看一下是否有计算机设置成10Mbps模式了,如果已知另一端配置为100Mbit,则可以手动强制设置成正确模式。.
当两个节点试图用超过电缆最高支持数据速率(例如在3类线上使用100Mbps或者3类/5类线使用1000Mbps)通信时就会发生问题。不像ADSL或者传统的拨号Modem通过详细的方法检测链路的最高支持数据速率,以太网节点只是简单的选择两端支持的最高速率而不管中间线路。因此如果过高的速率导致电缆不可靠就会导致链路失效。解决方案只有强制通讯端降低到电缆支持的速率。
[编辑]以太网类型
除了以上提到的不同帧类型以外,各类以太网的差别仅仅在于速率和配线。因此,总的来说,同样的网络协议栈软件可以运行在大多数以太网上。
以下的章节简要综述了不同的正式的以太网类型。除了这些正式的标准以外,许多厂商因为一些特殊的原因,比如为了支持更长距离的光纤传输,而制定了一些专用的标准。
很多以太网卡和交换设备都支持多速率,设备之间通过自动协商设置最佳的连接速度和双工方式。如果协商失败,多速率设备就会探测另一方使用的速率但是默认为半双工方式。10/100以太网端口支持10BASE-T和100BASE-TX。10/100/1000支持10BASE-T,100BASE-TX,和1000BASE-T。
[编辑]早期的以太网
参见:兆比特以太网
施乐以太网(Xerox Ethernet,又称“全录以太网”) ── 是以太网络的雏型。最初的2.94Mbit/s以太网,并仅在全录公司里内部使用。而在1982年,Xerox与DEC及Intel组成DIX联盟,并共同发表了Ethernet Version 2(EV2)的规格,并将它投放在商场市场,而且被普遍使用。而EV2的网络就是目前受IEEE承认的10BASE5。[1]
10BROAD36 ── 已经过时。一个早期的支持长距离以太网的标准。它运行在同轴电缆上,使用了一种类似于线缆调制解调器系统的宽带调制技术。
1BASE5 ── 也称为星型局域网,速率是1Mbit/s。在商业上很失败。双绞线 的第一次使用就用在这里。
[编辑]10Mbps以太网
10BASE-T电缆
参见:十兆以太网
10BASE5(又称粗缆(Thick Ethernet)或黄色电缆)── 最早实现10 Mbit/s以太网。 早期IEEE标准,使用单根RG-11同轴电缆,最大距离为500米,并最多可以连接100台电脑的收发器,而缆线两端必须接上50欧姆的终端电阻。接收端通过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N型连接器。尽管由于早期的大量布设,到现在还有一些系统在使用,这一标准实际已经丢弃,被10BASE2所淘汰。
10BASE2(又称细缆(Thin Ethernet)或模拟网络)── 10BASE5后的产品,使用RG-58同轴电缆,最长转输距离约200米(实际为185米),仅能连接30台计算机,计算机使用T型适配器连接到带有BNC连接器的网卡,而线路两头需要50欧姆的终结器。虽然在能力、规格上不及10BASE5,但是因为其线材较细,方便布线、成本也便宜,所以得到更广泛的使用,淘汰了10BASE5。由于双绞线的普及,它也被各式的双绞线网络取代。
StarLAN ── 第一个双绞线上实现的以太网标准10 Mbit/s。后发展成10BASE-T。
10BASE-T ── 使用3类双绞线,4类双绞线,5类双绞线的4根线(两对双绞线)100米。以太网集线器或以太网交换机位于中间连接所有节点。
FOIRL ── 光纤中继器链路。光纤以太网原始版本。
10BASE-F ── 10Mbps以太网光纤标准通称,2千米。只有10BASE-FL应用比较广泛。
10BASE-FL ── FOIRL标准一种升级。
10BASE-FB ── 用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术,已废弃。
10BASE-FP ── 无中继被动星型网,从未得到应用。
[编辑]100Mbps以太网(快速以太网)
参见:100Mbps以太网
快速以太网(Fast Ethernet)为IEEE在1995年发表的网络标准,能提供达100Mbps的传输速度。[2]
100BASE-T -- 下面三个100 Mbit/s 双绞线标准通称,最远100米。
100BASE-TX -- 类似于星型结构的10BASE-T。使用2对电缆,但是需要5类电缆以达到100Mbit/s.
100BASE-T4 -- 使用3类电缆,使用所有4对线,半双工。由于5类线普及,已经废弃。
100BASE-T2 -- 无产品。使用3类电缆。支持全双工使用2对线,功能等效100BASE-TX,但支持旧电缆。
100BASE-FX -- 使用多模光纤,最远支持400米,半双工连接 (保证冲突检测),2km全双工。
100VG AnyLAN -- 只有惠普支持, VG最早出现在市场上。需要4对三类电缆。也有人怀疑VG不是以太网。
[编辑]1Gbps以太网
参见:1Gbps以太网
1000BASE-SX的光信号与电气信号转换器
1000BASE-T -- 1 Gbit/s 介质超五类双绞线或6类双绞线。
1000BASE-SX -- 1 Gbit/s 多模光纤(小于500M)。
1000BASE-LX -- 1 Gbit/s 多模光纤(小于2KM)。
1000BASE-LX10 -- 1 Gbit/s 单模光纤(小于10KM)。长距离方案
1000BASE-LHX --1 Gbit/s 单模光纤(10KM至40KM)。长距离方案
1000BASE-ZX --1 Gbit/s 单模光纤(40KM至70KM)。长距离方案
1000BASE-CX -- 铜缆上达到1Gbps的短距离(小于25 m)方案。早于1000BASE-T,已废弃。
[编辑]万兆以太网
参见:10吉比特以太网路
新的万兆以太网标准包含7种不同的节制类型适用于局域网、城域网和广域网。当前使用附加标准IEEE 802.3ae用以说明,将来会合并进IEEE 802.3标准。
10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand 4x连接器和CX4电缆,最大长度15米。
10GBASE-SR -- 用于短距离多模光纤,根据电缆类型能达到26-82米,使用新型2GHz多模光纤可以达到300米。
10GBASE-LX4 -- 使用波分复用支持多模光纤240-300米,单模光纤超过10公里。
10GBASE-LR 和10GBASE-ER -- 通过单模光纤分别支持10公里和40公里
10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW。用于广域网PHY, OC-192 / STM-64 同步光纤网/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR, 10GBASE-LR和10GBASE-ER,因此使用相同光纤支持距离也一致。(无广域网PHY标准)
10GBASE-T -- 使用屏蔽或非屏蔽双绞线,使用CAT-6A类线至少支持100米传输。CAT-6类线也在较短的距离上支持10GBASE-T。
[编辑]十万兆以太网
参见:100G以太网
新的40G/100G 以太网标准在2010年中制定完成,包含若干种不同的节制类型。当前使用附加标准IEEE 802.3ba用以说明。
40GBASE-KR4 -- 背板方案,最少距离1米。
40GBASE-CR4 / 100GBASE-CR10 -- 短距离铜缆方案,最大长度大约7米。
40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 -- 用于短距离多模光纤,长度至少在100米以上。
40GBASE-LR4 / 100GBASE-LR10 -- 使用单模光纤,距离超过10公里。
100GBASE-ER4 -- 使用单模光纤,距离超过40公里。
9. 共享介质的网络和交换网络有什么区别
简单的说共享式网络采用如中继器,hub一类低端网络设备,在该网中的所有设备共享一个广播域和一个冲突域,收发数据是基于共享的。而交换式网络建立在有交换机和路由器一些较高端设备上,它们可以有效的划分广播域和冲突域,以实现无冲突的网络服务。