以太网原理

2007-01-27　源自:学知识　网友评论　共有( )条评论! 信息反馈

以太网原理
　　 共享型
　　 不管是总线型或环形以太网，还是使用集线器的星型以太网都属于共享型局域网。网上所有节点，包括服务器和工作站共享整个网络的10M带宽（即网络上每秒钟可传输10兆比特的数据）。
　　 以太网的传输方法，也就是以太网的介质访问控制（MAC）技术称为：载波监听多路存取和冲突检测（CSMA／CD），下面我们分步来说明其原理：
　　 1、载波监听：当你所在的网站（包括服务器和工作站）要向另一个网站发送信息时，先监听网络信道上有无信息正在传输，信道是否空闲。
　　 2、信道忙碌：如果发现网络信道正忙，则等待，直到发现网络信道空闲为止。
　　 3、信道空闲：如果发现网络信道空闲，则向网上发送信息。由于整个网络信道为共享总线结构，网上所有网站都能够收到你所发出的信息，所以网站向网络信道发送信息也称为“广播”。但只有你想要发送数据的网站识别和接收这些信息。
　　 4、冲突检测：网站发送信息的同时，还要监听网络信道，检测是否有另一台网站同时在发送信息。如果有，两个网站发送的信息会产生碰撞，即产生冲突，从而使数据信息包被破坏。
　　 5、遇忙停发：如果发送信息的网站检测到网上的冲突，则立即停止该此网络信息发送，并向网上发送一个“冲突”信号，让其它网站也发现该冲突，从而摈弃可能一直在接收的受损的信息包。
　　 6、多路存取：如果发送信息的网站因“碰撞冲突”而停止发送，就需等待一段时间，再回到第一步，重新开始载波监听和发送，直到数据成功发送为止。
　　 所有共享型以太网上的网站，都是经过上述六步步骤，进行数据传输的。
　　 由于CSMA／CD介质访问控制法只允许在同一时间里，只能有一个网站发送信息，其它网站只能收听和等待，否则就会产生“碰撞”。所以当共享型网络用户增加时，每个网站在发送信息时产生“碰撞”的概率增大，当网络用户增加到一定数目后，网站发送信息产生的“碰撞”会越来越多，想发送信息的网站不断地进行：监听－Λ发送－Λ碰撞－Λ停止发送－Λ等待－Λ再监听－Λ再发送……
　　 反复的冲突碰撞使网站大部分时间在等待网络信道的空闲，网络信道则大部分时间充斥着冲突信息，真正传输信息的时间大大减少，使网络效率低下。因此共享型网络只适合一些中小型单位用户使用，而且只适合传输数据信息。如早期用于文件和打印服务共享的Novell网。

交换型

为了解决共享型以太网的问题，于是产生了交换型以太网。交换型以太网的特点是使用交换机代替Hub，交换机可以使多个用户同时使用此网络。这样一来，如果您使用的是10Mb交换型以太网， 则每个用户就可以独自享用10Mbps的传输速率而不用去考虑其 他用户的使用情况， 因此网络的实际带宽得到大幅度提高， 可以实现高速的数据传输。如果您选用的是快速交换型以太网或者千兆交换型以太网的话，那么一个用户就可以独享100Mbps甚至是1000Mbps的数据传输率，任何应用都不会为带宽而担忧了。当然，以太网交换机的价格比Hub自然是要贵得多。

类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。

利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps 的总体吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。

如果我们需要在同一区域放置和使用多台计算机的话，毫无疑问使用以太网将会成倍的提高我们的工作效率。通过搭建一个以太网络，我们能够在个人计算机与文件服务器之间传输信息，通过远程打印机打印本地文档，运行安装在其它计算机上的应用程序，共享高速的互联网接入。到目前为止，以太网已经广泛应用于大、中、小型企业，它的普及性和高速的传输速率已经使其成为事实上的网络连接标准。

以太网规范具体规定了如何在临近的物理区域，即局域网内，实现计算机之间的数据传送。如果希望将一台计算机接入局域网成为整个网络的一部分，该计算机需要具备一个用于分割和包装数据的网络接口以及一个用于连接线缆的连接端口。连接端口一般被集成到系统的主板上或做为内置网卡将数据发送到网络上，同时接收来自网络上其它计算机的数据。

以太网不仅仅是一种硬件规范，同时它还是一种通讯协议，可以控制如何在相互连接的计算机中传送数据。通过以太网技术连接的计算机首先把需要发送的信息分割成小的许多小的数据包，然后再通过网线发送出去。我们可以把数据包想象为一个个的行李箱，加上标签之后，通过运输通经发送到不同的目的城市。除了需要传送的信息之外，数据包中还包含用于指定接收方的目标地址和用于标明发送方的源地址。

以太网接口使用一种被称为 Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection即CSMA/CD（载波监听多路存取和冲突检测） 的协议发送数据包。该协议为避免多台计算机同时发送数据所造成的数据丢失和网络阻塞，规定在任意时刻内网络上只能有一台计算机向外发送数据，每一台计算机在发送数据之前必须等待网络上的空闲间隔时间。当一个被发送出的数据包到达接收方时，发送方会收到确认信息，然后等待下一次网络空闲时间发送下一个数据包。所有在数据包传输路径上的设备都会读取数据包内的目标地址，以判断是否接收数据包或继续转发数据包。

局域网中，相互连接的计算机和网线布局被成为网络的拓扑结构。以太网规范能够支持多种拓扑类型，其中使用最广泛的就是星型拓扑结构。在星型网络中，只需要一个集线器，每台计算机（又称节点）都直接连接到网络中的 HUB 集线器上。 HUB 可以接收从一个节点发送的数据包然后分发到其它节点上。通常， HUB 可以划分为被动式 HUB 和交换式 HUB 两种类型。其中，被动式 HUB 只能简单的接收数据包，然后再发送到所有与之连接的网络节点上；而交换式 HUB 则能够对包含在数据包中的目标地址进行分析，从而将数据包准确的发送到实际的接收方。

除星型拓扑结构之外，我们也可以使用总线型的以太网拓扑结构。总线类型下，所有的计算机都最终连接到一条网络的主干线上。相比较而言，星型拓扑结构比总线型拓扑结构更易于管理和维护，网线的使用量更少，费用更低。

以太网的规范中还对数据传输的速率和所需要使用的网线类型进行了规定。在很长一段时间内，能够每秒钟传送 10 兆数据的 10 兆以太网成为最快速，最普及的以太网应用。后来，随着网络规模和复杂程度的不断增加，信息传送量的不断提高， 100 兆以太网（又称快速以太网）成为最佳的选择。从 10 兆以太网到 100 兆以太网，数据传输的速度提升了 10 倍。为了实现高速的传输速率，快速以太网采用了高质量的网线以保证数据包在高速的传输过程中信号不会减弱。近来，传输速率高达每秒钟 1 千兆的千兆以太网逐渐引起越来越多的人的关注。同时，也已经有人开始着手研究更高速的 10G 以太网技术。这些超高速的网络连接技术将主要被应用于创建大规模的网络。

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