关于以太网技术与标准14140.docx
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1、以太网(此此文摘自自“htttp:/zhh.wiikippediia.oorg/wikki/以以太网”)以太网(Ethhernnet)是是一种计计算机局局域网组组网技术术。IEEEE制制定的IIEEEE 8002.33标准给给出了以以太网的的技术标标准。它它规定了了包括物物理层的的连线、电电信号和和介质访访问层协协议的内内容。以以太网是是当前应应用最普普遍的局局域网技技术。它它很大程程度上取取代了其其他局域域网标准准,如令令牌环网网(tookenn riing)、FDDI和ARCNET。以太网的的标准拓拓扑结构构为总线线型拓扑扑,但目目前的快快速以太太网(1100BBASEE-T、10000B
2、AASE-T标准准)为了了最大程程度的减减少冲突突,最大大程度的的提高网网络速度度和使用用效率,使使用交换换机(SSwittch hubb)来进进行网络络连接和和组织,这这样,以以太网的的拓扑结结构就成成了星型型,但在在逻辑上上,以太太网仍然然使用总总线型拓拓扑和CCSMAA/CDD(Caarriier Sennse Mulltipple Acccesss/Coolliisioon DDeteect 即带冲冲突检测测的载波波监听多多路访问问)的总总线争用用技术。 1历史 2概述 3CSMMA/CCD共享享介质以以太网 4以太网网中继器器和集线线器 5桥接和和交换 6以太网网类型o 6.1早早期
3、的以以太网o 6.2110Mbbps以以太网o 6.3快快速以太太网o 6.4千千兆以太太网o 6.5万万兆以太太网 7参考文文献 8参看 9外部链链接历史以太网技技术的最最初进展展来自于于施乐帕帕洛阿尔尔托研究究中心的的许多先先锋技术术项目中中的一个个。人们们通常认认为以太太网发明明于19973年年,当年年罗伯特特.梅特特卡夫(Robbertt Meetcaalfee)给他他PARRC的老老板写了了一篇有有关以太太网潜力力的备忘忘录。但但是梅特特卡夫本本人认为为以太网网是之后后几年才才出现的的。在119766年,梅梅特卡夫夫和他的的助手DDaviid BBogggs发表表了一篇篇名为以以太网
4、:局域计计算机网网络的分分布式包包交换技技术的的文章。19799年,梅梅特卡夫夫为了开开发个人人电脑和和局域网网离开了了施乐,成成立了33Comm公司。33comm对迪吉吉多, 英特尔尔, 和和施乐进行行游说,希希望与他他们一起起将以太太网标准准化、规规范化。这这个通用用的以太太网标准准于19980年年9月330日出出台。当当时业界界有两个个流行的的非公有有网络标标准令牌牌环网和和ARCCNETT,在以以太网大大潮的冲冲击下他他们很快快萎缩并并被取代代。而在在此过程程中,33Comm也成了了一个国国际化的的大公司司。梅特卡夫夫曾经开开玩笑说说,Jeerryy Saaltzzer为为3Coom的
5、成成功作出出了贡献献。Saaltzzer在在一篇与与他人合合著的很很有影响响力的论论文中指指出,在在理论上上令牌环环网要比比以太网网优越。受受到此结结论的影影 响,很很多电脑脑厂商或或犹豫不不决或决决定不把把以太网网接口做做为机器器的标准准配置,这这样3CCom才才有机会会从销售售以太网网网卡大 赚。这这种情况况也导致致了另一一种说法法“以太太网不适适合在理理论中研研究,只只适合在在实际中中应用”。也也许只是是句玩笑笑话,但但这说明明了这样样一个技技术观点点:通常常情况下下,网络络中 实实际的数数据流特特性与人人们在局局域网普普及之前前的估计计不同,而而正是因因为以太太网简单单的结构构才使局局
6、域网得得以普及及。梅特特卡夫和和Salltzeer曾经经在麻省省理工学学院MAAC项目目(Prrojeect MACC)的同同一层楼楼里工作作,当时时他正在在做自己己的哈佛佛大学毕毕业论文文,在此此期间奠奠定了以以太网技技术的理理论基础础。概述以太网基基于网络络上无线线电系统统多个节节点发送送信息的的想法实实现,每每个节点点必须取取得电缆缆或者信信道的才才能传送送信息,有有时也叫叫作以太太。(这这个名字字来源于于19世世纪的物物理学家家假设的的电磁辐辐射媒体体-光以以太。后后来的研研究证明明光以太太不存在在。) 每一个个节点有有全球唯唯一的448位地地址也就就是制造造商分配配给网卡卡的MAAC
7、地址址,以保保证以太太网上所所有系统统能互相相鉴别。由由于以太太网十分分普遍,许许多制造造商把以以太网卡卡直接集集成进计计算机主主板.已经发现现以太网网通讯具具有自相相关性的的特点,这对于于电信通通讯工程程十分重重要的。19900年代的的以太网网网卡或叫叫NICC,以太太网适配配器。这这张卡可可以支持持基于同同轴电缆缆的10BBASEE2 (BNCC连接器器, 左左)和基基于双绞绞线的10BBASEE-T(RJ-45, 右)CSMAA/CDD共享介介质以太太网带冲突检检测的载载波侦听听多路访访问 (CSMMA/CCD)技技术规定定了多台台电脑共共享一个个通道的的方法。这这项技术术最早出出现在1
8、19600年代由由夏威夷夷大学开开发的AALOHHAneet,它它使用无无线电波波为载体体。这个个方法要要比令牌牌环网或或者主控控制网要要简单。当当某台电电脑要发发送信息息时,必必须遵守守以下规规则:1. 开始 - 如果果线路空空闲,则则启动传传输,否否则转到到第4步步2. 发送 - 如果果检测到到冲突,继续发发送数据据直到达达到最小小报文时时间 (保证所所有其他他转发器器和终端端检测到到冲突),再转转到第44步.3. 成功传输输 - 向更高高层的网网络协议议报告发发送成功功,退出出传输模模式。4. 线路忙 - 等等待,直直到线路路空闲5. 线路进入入空闲状状态 - 等待待一个随随机的时时间,
9、转转到第11步,除除非超过过最大尝尝试次数数6. 超过最大大尝试传传输次数数 - 向更高高层的网网络协议议报告发发送失败败,退出出传输模模式就像在没没有主持持人的座座谈会中中,所有有的参加加者都通通过一个个共同的的媒介(空空气)来来相互交交谈。每每个参加加者在讲讲话前,都都礼貌地地等待别别人把话话讲完。如如果两个个客人 同时开开始讲话话,那么么他们都都停下来来,分别别随机等等待一段段时间再再开始讲讲话。这这时,如如果两个个参加者者等待的的时间不不同,冲冲突就不不会出现现。如果果传输失失败超过过一次,将将采用 退避指指数增长长时间的的方法(退退避的时时间通过过截断二二进制指指数退避避算法(tru
10、uncaatedd biinarry eexpoonenntiaal bbackkofff)来实实现)。最初的以以太网是是采用同同轴电缆缆来连接接各个设设备的。电电脑通过过一个叫叫做附加加单元接接口(AAttaachmmentt Unnit Intterffacee,AUUI)的的收发器器连接到到电缆上上。一根根简单网网线对于于一个小小型网络络来说还还是很可可靠的,对对于大型型网络来来说,某某处线路路的故障障或某个个连接器器的故障障,都会会造成以以太网某某个或多多个网段段的不稳稳定。因为所有有的通信信信号都都在共享享线路上上传输,即即使信息息只是发发给其中中的一个个终端(ddesttinaat
11、ioon),某某台电脑脑发送的的消息都都将被所所有其他他电脑接接收。在在正常情情况下,网网络接口口卡会滤滤掉不是是发送给给自己的的信息,接接收目标标地址是是自己的的信息时时才会向向CPUU发出中中断请求求,除非非网卡处处于混杂杂模式(PPrommisccuouus mmodee)。这这种“一一个说,大大家听”的的特质是是共享介介质以太太网在安安全上的的弱点,因因为以太太网上的的一个节节点可以以选择是是否监听听线路上上传输的的所有信信息。共共享电缆缆也意 味着共共享带宽宽,所以以在某些些情况下下以太网网的速度度可能会会非常慢慢,比如如电源故故障之后后,当所所有的网网络终端端都重新新启动时时。以太
12、网中中继器和和集线器器在以太网网技术的的发展中中,以太太网集线线器(EEtheerneet HHub)的出现现使得网网络更加加可靠,接接线更加加方便。因为信号号的衰减减和延时时,根据据不同的的介质以以太网段段有距离离限制。例例如,110BAASE55同轴电电缆最长长距离5500米米 (1,6400 英尺尺)。最最大距离离可以通通过以太太网 中中继器实实现,中中继器可可以把电电缆中的的信号放放大再传传送到下下一段。中中继器最最多连接接5个网网段,但但是只能能有3个个有设备备。这可可以减轻轻因为电电缆断裂裂造成的的问题:当一段段同轴电电缆断开开,所有有这个段段上的设设备就无无法通讯讯,中继继器可以
13、以保证其其他网段段正常工工作。类似于其其他的高高速总线线,以太太网网段段必须在在两头以以电阻器器作为终终端。对对于同轴轴电缆,电电缆两头头的终端端必须接接上被称称作“终终结者”的的50欧欧姆的电电阻和散散热器,aand afffixeed tto aa maale M oor BBNC connnecctorr.如果果不这么么做,就就会发生生类似电电缆断掉掉的情况况:总线线上的AAC 信信号当到到达终端端时将被被反射,而而不能消消散。被被反射的的信号将将被认为为是冲突突,从而而使通信信无法继继续。中中继器可可以将连连在其上上的两个个网段进进行电气气隔离,增增强和同同步信号号。大多多数中继继器都
14、有有被称作作“自动动隔离”的的功能,可可以把有有太多冲冲突或是是冲突持持续时间间太长的的网段隔隔离开来来,这样样其他的的网段不不会受到到损坏部部分的影影响。中中继器在在检测到到冲突消消失后可可以恢复复网段的的连接。随着应用用的拓展展,人们们逐渐发发现星型型的网络络拓扑结结构最为为有效,于于是设备备厂商们们开始研研制有多多个端口口的中继继器。多多端口中中继器就就是众所所周知的的集线器器(Huub)。集集线器可可以连接接到其他他的集线线器或者者同轴网网络。第一个集集线器被被认为是是“多端端口收发发器”或或者叫做做“faanouuts”。最最著名的的例子是是DECC的DEELNII,它可可以使许许多
15、台具具有AUUI连接接器的主主机共享享一个收收发器。集集线器也也导致了了不使用用同轴电电缆的小小型独立立以太网网网段的的出现。像DECC和SyynOppticcs这样样的网络络设备制制造商曾曾经出售售过用于于连接许许多100BASSE-22细同轴轴线网段段的集线线器。非屏蔽双双绞线( unnshiieldded twiisteed-ppairr caablees , UTTP )最先应应用在星星型局域域网中,之后在在10BBASEE-T中中也得到到应用,并并最终代代替了同同轴电缆缆成为以以太网的的标准。这这项改进进之后,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
16、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。采用集线线器组网网的以太太网尽管管在物理理上是星星型结构构,但在在逻辑上上仍然是是总线型型的,半半双工的的通信方方式采用用CSMMA/CCD的冲冲突检测测方法,集集线器对对于减少少包 冲冲突的作作用很小小。每一一个数据据包都被被发送到到集线器器的每一一个端口口,所以以带宽和和安全问问题仍没没有解决决。集线线器的总总吞吐量量受到单单个连接接速度的的限制( 100或1000 MMbitt/s
17、 ),这这还是考考虑在前前同步码码、帧间间隔、头头部、尾尾部和打打包上花花销最少少的情况况。当网网络负载载过重时时,冲突突也常常常会降低低总吞吐吐量。最最坏的情情况是,当当许多用用长电缆缆组网 的主机机传送很很多非常常短的帧帧时,网网络的负负载仅达达到500%就会会因为冲冲突而降降低集线线器的吞吞吐量。为为了在冲冲突严重重降低吞吞吐量之之前尽量量提高网网络的负负载,通通常会进进行一 些设置置工作。桥接和交交换尽管中继继器在某某些方面面隔离了了以太网网网段,电电缆断线线的故障障不会影影响到整整个网络络,但它它向所有有的以及及网设备备转发所所有的数数据。这这严重限限制了同同一个以以太网网网络 上上
18、可以相相互通信信的机器器数量。为为了减轻轻这个问问题,桥桥接方法法被采用用,在工工作在物物理层的的中继器器之基础础上,桥桥接工作作在数据据链路层层。通过过网桥时时,只有有格式完完整的数数据 包包才能从从一个网网段进入入另一个个网段;冲突和和数据包包错误则则都被隔隔离。通通过记录录分析网网络上设设备的MMAC地地址,网网桥可以以判断它它们都在在什么位位置,这这样它就就不会向向非目 标设备备所在的的网段传传递数据据包。象象生成树树协议这这样的控控制机制制可以协协调多个个交换机机共同工工作。早期的网网桥要检检测每一一个数据据包,这这样,特特别是同同时处理理多个端端口的时时候,数数据转发发相对HHub
19、(中中继器)来来说要慢慢。19989年年网络公公司Kaalpaana发发明了EEtheerSwwitcch,第第一台以以太网交交换机。以以太网交交换机把把桥接功功能用硬硬件实现现,这样样就能保保证转发发数据速速率达到到线速。大多数现现代以太太网用以以太网交交换机代代替Huub。尽尽管布线线同Huub以太太网是一一样的,但但是交换换式以太太网比共共享介质质以太网网有很多多明显的的优势,例例如更大大的带宽宽和更好好的结局局隔离异异常设备备。交换换网络典典型的使使用星型型拓扑, 尽管管设备工工作在半半双工模模式是仍仍然是共共享介质质的多结结点网。10BASE-T和以后的标准是全双工以太网,不再是共享
20、介质系统。交换机加加电后,首首先也像像Hubb那样工工作,转转发所有有数据到到所有端端口。接接下来,当当它学习习到每个个端口的的地址以以后,他他就只把把非广播播数据发发送给特特定的目目的端口口。这样样,线速速以太网网交换就就可以在在任何端端口对之之间实现现,所有有端口对对之间的的通讯互互不干扰扰。因为数据据包一般般只是发发送到他他的目的的端口,所所以交换换式以太太网上的的流量要要略微小小于共享享介质式式以太网网。尽管管如此,交交换式以以太网依依然是不不安全的的网络技技术,因因为它还还很容易易因为AARP欺欺骗或者者MACC满溢而而瘫痪,同同时网络络管理员员也可以以利用监监控功能能抓取网网络数据
21、据包。当只有简简单设备备(除HHub之之外的设设备)接接入交换换机端口口,那么么整个网网络可能能工作在在全双工工方式。如如果一个个网段只只有2个个设备,那那么冲突突探测也也不需要要了,两两 个设设备可以以随时收收发数据据。总的的带宽就就是链路路的2倍倍(尽管管带宽每每个方向向上是一一样的),但是是没有冲冲突发生生就意味味着允许许几乎1100%的使用用链路带带宽。交换机端端口和所所连接的的设备必必须使用用相同的的双工设设置。多多数1000BAASE-TX和和10000BAASE-T设备备支持自自动协商商特性,即即这些设设备通过过信号来来协调要要使用的的速率和和双工设设置。然然而,如如果自动动协商
22、被被禁用或或者设备备不支持持,则双双工设置置必须通通过自动动检测进进行设置置或在交交换机端端口和设设备上都都进行手手工设置置以避免免双工错错配这是以以太网问问题的一一种常见见原因(设备被被设置为为半双工工会报告告迟发冲冲突, 而设备备被设为为全双工工则会报报告ruunt)。许多多低端交交换机没没有手工工进行速速率和双双工设置置的能力力,因此此端口总总是会尝尝试进行行自动协协商。当当启用了了自动协协商但不不成功时时 (例例如其他他设备不不支持),自动动协商会会将端口口设置为为半双工工。速率率是可以以自动感感测的,因因此将一一个100BASSE-TT设备连连接到一一个启用用了自动动协商的的10/1
23、000 交换换端口上上时将可可以成功功地建立立一个半半双工的的10BBASEE-T连连接。但但是将一一个配置置为全双双工1000Mbb工作的的设备连连接到一一个配置置为自动动协商的的交换端端口时(反 之之亦然)则会导导致双工工错配。即使电缆缆两端都都设置成成自动速速率和双双工模式式协商,错错误猜测测还是经经产发生生而退到到10MMbpss模式。因因此,如如果性能能差于预预期,应应该查看看一下是是否有计计算机设设置成110Mbbps模模式了,如如果已知知另一端端配置为为1000Mbiit,则则可以手手动强制制设置成成正确模模式。.当两个节节点试图图用超过过电缆最最高支持持数据速速率(例例如在33
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- 关于 以太网 技术 标准 14140
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