以太网的技术

以太网的技术

1以太网的发展

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中，集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网能够很好地结合等特点，以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。以太网接入是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务的传送通道。以太网技术的实质是一种二层的媒质访问控制技术，可以在五类线上传送，也可以与其它接入媒质相结合，形成多种宽带接入技术。以太网与电话铜缆上的VDSL相结合，形成EoVDSL技术；与无源光网络相结合，产生EPON 技术；在无线环境中，发展为WLAN技术。

以太网技术作为数据链路层的一种简单、高效的技术，以其为核心，与其它物理层技术相结合，形成以太网技术接入体系。EoVDSL方式结合了以太网技术和VDSL技术的特点，与ADSL和（五类线上的）以太网技术相比，具有一定的潜在优势。WLAN技术的应用不断推广，EPON技术的研究开发正取得积极进展。随着上述“可运营、可管理”相关关键技术问题的逐步解决，以太网技术接入体系将在宽带接入领域得到更加广泛的应用。

同时，以太网技术的应用正在向城域网领域扩展。IEEE802．17RPR技术在保持以太网原有优点的基础上，引入或增强了自愈保护、优先级和公平算法、OAM等功能，是以太网技术的重要创新。对以太网传送的支持，成为新一代SDH设备（MSTP）的主要特征。10G以太网技术的迅速发展，推动了以太网技术在城域网范围内的广泛应用，WAN接口（10Gbase－W）的引入为其向骨干网领域扩展提供了可能。

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100Mbps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Fastch10/100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。

千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M 或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地保护投资。此外，IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的同轴电缆。千兆以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足。

2以太网技术的优越性

以太网技术能在快速发展的通信领域长盛不衰，

与目前普遍采用的PDH , SDH ,A TM , FR技术相比，其

优越性表现在以下几个方面:

(1)结构简单、成本低L利用以太网技术构建宽

带接人网可利用已有的光网部分和新建小区的五类线资源，或者对其重新布线，其用户终端设备只需准备一

个带有以太网接口的路由器即可，而其交换机设备的

价格比ADSL , HFC的价格便宜很多，可使网络的建设

成本大幅度下降。例如，在城域网、广域网建设中，采

用10吉比特以太网技术比采用SDH技术费用低25 0;,

据有关资料介绍，10吉比特以太网与传统的SDH ,

,ATM , FR技术相比，能提供100 :1的价格优势、

(2)良好的兼容性)全球企事业单位的以太网用

户已达1亿多，目前以每年300万的数目增长目前

流行的操作系统，如Windows2000操作系统，与以太网

都有很好的兼容性，在这些操作系统上还有大量’。以

太网技术兼容的应用软件可供使用，而有线以太网从

1983年制定的IEEE802. 3标准到2000年通过的804

3 ae规范标准，在兼容性方面已达到即插即用的水平、

(3)网络灵活有线以太网可通过支持软件利用

“自动协商”功能，实现不同工作模式、不I司工作速率、

不同传输介质之间的转换，而几乎不需更改其硬件设

备，这是PDH,}DH,A TM技术所无法比拟的

(4)克服了接入网与干线网之间的瓶颈效应当

前，接入网采用的技术种类繁多，如xDLS技术、:}'T}i

技术等，其速率介于千比特和兆比特之间，与其它网络

(传输网)连接时，容易产生窄带接入宽带传输所带来

的瓶颈效应。由于用户需求的提高，传统的PI3H ,

ATM ,xDSL技术的实施办法是更换硬件设备，从而需

要投人更多的费用，而采用有线以太网作为用户通用

服务接口，在升级时可最大限度地保护用户的前期投

资。例如，将当前的以太网升级为千兆以太网，由f千

兆以太网采用了和传统的以太网相同的帧长、帧格式和媒体访问层协议，在升级的具体操作过程中，只需将

传统以太网的主干设备加插千兆以太网适配模块，将

原先的网络主干结构移向下级应用即可，保护了用户

在设备和技术方面的投资。用户接入带宽升级后可以

很自然地与干线网对接，消除了所谓的瓶颈效应:

以太网具有的一般特征概述如下：

共享媒体：所有网络设备依次使用同一通信媒体。

广播域：需要传输的帧被发送到所有节点，但只有寻址到的节点才会接收到帧。

CSMA/CD：以太网中利用载波监听多路访问/冲突检测方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）以防止twp 或更多节点同时发送。

MAC 地址：媒体访问控制层的所有Ethernet 网络接口卡（NIC）都采用48位网络地址。这种地址全球唯一。

Ethernet 基本网络组成：

共享媒体和电缆：10BaseT（双绞线），10Base-2（同轴细缆），10Base-5（同轴粗缆）。转发器或集线器：集线器或转发器是用来接收网络设备上的大量以太网连接的一类设备。通过某个连接的接收双方获得的数据被重新使用并发送到传输双方中所有连接设备上，以获得传输型设备。

网桥：网桥属于第二层设备，负责将网络划分为独立的冲突域获分段，达到能在同一个域/分段中维持广播及共享的目标。网桥中包括一份涵盖所有分段和转发帧的表格，以确保分段内及其周围的通信行为正常进行。

交换机：交换机，与网桥相同，也属于第二层设备，且是一种多端口设备。交换机所支持的功能类似于网桥，但它比网桥更具有的优势是，它可以临时将任意两个端口连接在一起。交换机包括一个交换矩阵，通过它可以迅速连接端口或解除端口连接。与集线器不同，交换机只转发从一个端口到其它连接目标节点且不包含广播的端口的帧。

以太网协议：IEEE 802.3标准中提供了以太帧结构。当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率：

10 Mbps – 10Base-T Ethernet（802.3）

100 Mbps – Fast Ethernet（802.3u）

1000 Mbps – Gigabit Ethernet（802.3z)）

10 Gigabit Ethernet – IEEE 802.3ae

以太网的工作原理

以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。

以太网的工作过程如下：

当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：

1、监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。

2、若没有监听到任何信号，就传输数据

3、传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。

注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）

4、若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。

4以太网技术的发展方向

以太网按其传输介质可分为有线和无线两大类，

近年来，在有线以太网中，to吉比特以太网标准的制

定已完成，制造厂商已生产出符合标准的设备，to吉

比特以太网的实用化以及与光纤技术的有机结合，将

使人们研究和开发更高速率的“光以太网”，使以太网

帧信号实现长距离传输(达100 km )，以满足对其“高

速率”、“长距离”传输的要求。Internet上业务流量的

激增，将导致通信业务的重心由电话业务向数据业务

转移，同时也对成本和QoS提出更高的要求，电话网、

数据网、视频网三网合一是未来网络发展的必然趋

势「‘，TDM over Ethernet技术的不断完善和发展是实

现“三网合一”的前提和保证。但是，由于敷设传输线

路需要大量投资和传输线路固定而缺乏灵活性等，使

得用户不能随时随地无线上网，更不能移动漫游于世界。因此，解决上述难题的途径是开发无线以太网。

目前无线以太网用户正以几何级数速度增长，预计到

2005年，90% } 95%的便携式计算机将有内置无线接入

功能，无线以太网开发的更深远的意义是使人们通过

网上各地漫游的电脑随时随地完成单位的任务，而不

必再去上班工作，其重要的意义在于将改变人们的生

活习惯、社会结构，使人类社会发生巨大变革，为人类

迈向美好的“虚拟社会”奠定坚实的基础〕