以太网的相关标准
了解计算机的网络通信协议与标准
了解计算机的网络通信协议与标准计算机的网络通信协议与标准是保障网络通信正常进行的关键。
它们规定了计算机之间进行数据交换的方式和规则，确保信息能够准确、高效地传输。
本文将介绍一些主要的网络通信协议与标准，包括TCP/IP协议、HTTP协议以及以太网标准等。
一、TCP/IP协议TCP/IP协议是计算机网络中最基本和最重要的协议之一。
它是Internet网络的核心协议，也是全球互联网的基础。
TCP/IP协议中的TCP（Transmission Control Protocol）和IP（Internet Protocol）分别负责数据的分段传输和寻址，确保数据能够正确地传输到目标计算机。
TCP/IP协议具有以下特点：首先，它是一种无连接的协议，即在传输数据之前不需要事先建立连接；其次，它能够保证数据的可靠性，通过数据分段和确认机制，确保数据能够完整地传输；另外，它是一种面向字节流的协议，即将数据划分为多个字节进行传输。
二、HTTP协议HTTP（Hypertext Transfer Protocol）协议是一种应用层协议，主要用于在计算机之间传输超文本。
它是万维网（World Wide Web）的基础，负责客户端与服务器之间的通信。
HTTP协议使用URL（Uniform Resource Locator）来定位资源，使用HTTP方法（GET、POST等）来操作这些资源。
HTTP协议的工作过程如下：首先，客户端发送一个HTTP请求到服务器，并等待服务器的响应；然后，服务器接收到请求后，根据请求的内容做出相应的动作，并将结果返回给客户端。
HTTP协议基于TCP/IP协议，利用TCP协议的可靠性来传输数据。
三、以太网标准以太网是一种广泛使用的局域网技术，它定义了计算机之间的物理连接和数据传输的规范。
以太网以太网使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）来控制多个计算机同时访问网络的冲突问题。
计算机网络应用 标准以太网
计算机网络应用 标准以太网标准以太网也常被称为传统以太网或共享式以太网，它是最早时期的以太网类型，其带宽只有10Mbps ，它使用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD ）访问控制方法，解决了连接在同一总线上的多个网络节点有秩序的共享同一传输信道的问题，提高了局域网共享信道的利用率，因此得以发展和流行。
以太网的传输介质主要以双绞线为主，所有的以太网都必须遵循IEEE 802.3标准，如表5-1所示为IEEE 802.3定义的标准以太网标准。
表5-1 IEEE 802.3 标准以太网标准在该标准中，前面的数字表示数据传输速率，单位是“Mb/s ”，最后一个数字表示一段网线的长度（基准长度为100m ），Base 表示“基带”，Broad 表示“带宽”。
下面详细介绍10Base-5、10Base-2、10Base-T 、10Base-F 和10Base-36标准。
1．10Base-5和10Base-210Base-5是最早的以太网IEEE 802.3标准，它采用直径为10mm 、电阻为50Ω的粗同轴电缆进行连接，允许每段有100个站点，最大传输距离为500m ，在设计时需要遵循5-4-3标准。
提 示 在5-4-3标准中，数字5表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有5个电缆段；数字4表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有4个中继器；数字3表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有3个共享网段。
在使用10Base-5标准以太网时，站点必须使用收发器连接到电缆上，或者使用介质连接单元（MAU ），这些设备用一个“吸血鬼”龙头压倒电缆上，其安装规则如下：● 网段的最大长度为500m ； ● 电缆最大长度为2500m ；● 收发器间的最短距离为2.5m ；● 网段两端必须使用终结器，一端还必须接地； ● 收发器电缆不能超过45m 。
10Base-2与10Base-5基本相同，如在使用的传输介质、传输速度及遵循5-4-3标准等方面。
《以太网100BASE-T标准》IEEE802。3U
802.3u802.3u是IEEE 802.3u的简称， IEEE 802.3u(100Base-T)是100兆比特每秒以太网的标准。
100Base-T技术中可采用3类传输介质，即100Base-T4、100Base-TX和100Base-FX，它采用4B/5B编码方式。
IEEE 802.3u (100Base-T)是100兆比特每秒以太网的标准。
100Base-T 技术中可采用3类传输介质，即100Base-T4、100Base-TX和100Base-FX，它采用4B/5B编码方式IEEE 802.3协议以太网Ethernet：IEEE 802.3 局域网协议（Ethernet LAN protocols as defined in IEEE 802.3 suite）以太网协议属于局域网的范畴，包含于IEEE 802.3 标准组。
在以太网标准中，有两种操作模式：半双工和全双工。
半双工模式中，数据是通过共享媒体上载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议实现传输过程的。
它的主要不足之处在于有效性和距离限制，链路距离受最小帧大小的限制。
该限制彻底降低了其高速传输的有效性。
因此，引入了载波扩展技术来确保千兆位以太网中512字节的最小帧，从而达到了合理的链路距离要求。
当前关于在光纤和双绞线缆上的运行，有四种传输速率：10 Mbps：10Base-T 以太网100 Mbps：快速以太网1000 Mbps：千兆位以太网 802.3z10千兆位以太网：IEEE 802.3ae本文我们主要讨论以太网的总体概况。
有关快速以太网(自适应以太网)、千兆位以太网以及10千兆位以太网的具体内容将在个别文件中另作介绍。
以太网系统由三个基本单元组成：1）物理媒体，用于携带计算机之间的以太网信号；2）媒体访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得多路计算机对共享以太网信道作出正确判断；3）以太帧，由一组系统用于携带数据的标准比特流构成。
以太网规范
以太网规范以太网（Ethernet）是一种广泛应用于计算机网络的局域网技术。
它是由Xerox、Digital和Intel在20世纪70年代合作开发的，并在20世纪80年代被标准化为IEEE 802.3。
以太网规范包括了物理层和数据链路层两个部分，它定义了网络的传输介质、数据传输的方式以及网络设备之间的通信规则。
在物理层方面，以太网规范定义了几种不同的传输介质，如双绞线、同轴电缆和光纤等。
其中，最常见和广泛使用的是双绞线。
以太网使用双绞线作为传输介质的优点是成本低廉、易于安装和维护，并且具有较高的传输速度和较低的信号损耗。
在数据链路层方面，以太网规范定义了帧的格式、地址的分配、数据的传输方式等。
以太网帧的格式由目的MAC地址、源MAC地址、类型字段和数据字段组成。
其中，MAC地址是用于唯一标识网络设备的物理地址。
以太网规范还定义了一种称为CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）的介质访问控制方式，用于避免多个设备同时访问网络介质而产生冲突。
以太网规范还规定了不同速率的以太网，包括10 Mbps的Ethernet、100 Mbps的Fast Ethernet和1000 Mbps的Gigabit Ethernet。
这些不同速率的以太网可以互操作，即可以在同一网络中同时使用。
不同速率的以太网主要通过改变传输介质的速率、电平和编码方式来实现。
以太网规范还定义了一些其他的技术，如虚拟局域网（VLAN）和链路聚合（Link Aggregation）。
虚拟局域网允许将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，提供更好的网络管理和安全性。
链路聚合允许将多个以太网链路绑定在一起，形成一个更高带宽的链路，提供更好的网络性能和冗余备份。
总体而言，以太网规范为计算机网络提供了一个灵活、可靠和高性能的局域网技术。
它的发展和标准化为互联网的发展做出了重要贡献，并且在现代网络中仍然得到广泛应用。
以太网的三种以太网标准
以太网的三种以太网标准以太网是一种局域网技术，它使用双绞线或光纤作为传输介质，采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议来实现数据的传输。
在以太网的发展历程中，出现了多种不同的标准，其中最为常见的有以太网、快速以太网和千兆以太网。
本文将对这三种以太网标准进行介绍和比较。
首先，以太网是最早的以太网标准，它使用10Mbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
在以太网中，数据帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节。
以太网使用CSMA/CD协议来解决数据冲突问题，但随着网络规模的扩大，以太网的传输速率已经无法满足需求，因此出现了更高速的以太网标准。
其次，快速以太网是在以太网的基础上进行改进的，它使用100Mbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
快速以太网在数据帧的最小长度和最大长度上与以太网保持一致，但由于传输速率的提升，快速以太网能够更快地传输数据，适用于对传输速度要求较高的场景。
快速以太网的出现，使得局域网的传输速度得到了显著提升，大大改善了网络性能。
最后，千兆以太网是目前应用最为广泛的以太网标准，它使用1Gbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
千兆以太网在数据帧的最小长度和最大长度上与以太网和快速以太网保持一致，但由于传输速率的进一步提升，千兆以太网能够更快地传输大容量数据，适用于对传输带宽要求较高的场景。
千兆以太网的出现，进一步提升了局域网的传输速度和带宽，满足了现代网络应用对高速数据传输的需求。
综上所述，以太网的发展经历了以太网、快速以太网和千兆以太网三种不同的标准，它们分别采用了不同的传输速率和技术，适用于不同的网络场景。
随着网络应用的不断发展，以太网标准也在不断演进，未来可能会出现更高速的以太网标准，以满足日益增长的网络传输需求。
在选择以太网标准时，需要根据实际需求和网络环境来进行合理的选择，以实现最佳的网络性能和传输效果。
5.3-以太网系列标准
交换机
PC1
10Mbps/ 100Mbps
网卡
PC6
PC2
PC3
PC4
PC5
10Mbps/ 100Mbps
网卡
10Mbps 网卡
10Mbps/ 10Mbps/
100Mbps 网卡
100Mbps 网卡
（2）100Base-T
10Mbps/ 100Mbps
网卡
交换机
PC1
10Mbps/ 100Mbps
网卡
10Base-2: 使用细同轴电缆, 细缆网络每段干 线长度最大为185米，基带传输方法，拓扑结 构为总线型；
10Base-T: 使用双绞线电缆，最大网段长度为 100m。拓扑结构为星型；
10Base-F: 使用光纤， 最大网段长度2000m， 拓扑结构为点对点. 包括 10BaseFL、10BaseFB 和 10BaseFP
网卡
10Mbps/ 100Mbps
网卡
10Mbps/ 10Mbps/
100Mbps 100Mbps
网卡
网卡
10Mbps/ 100Mbps
网卡
（4）全双工以太网
10Mbps/100Mbps集线器
PC1
10Mbps/ 100Mbps
网卡
PC6
PC2
PC3
PC4
PC5
10Mbps/ 100Mbps
网卡
10Mbps/ 100Mbps
以太网的单播1和广播
交换式以太网
全双工以太网：
主机间通信都是全双工方式的以太网。
10Mbps集线器
10Mbps/100Mbps集线器
PC6
PC1
PC2
PC3
快速以太网标准
快速以太网标准快速以太网（Fast Ethernet）是一种局域网技术，它是以太网的一种改进版本，能够以更快的速度传输数据。
快速以太网标准是在以太网标准的基础上进行了改进，使得局域网能够更快速地传输数据，满足了日益增长的网络带宽需求。
快速以太网标准的出现，极大地推动了局域网技术的发展，也为现代网络通信提供了更高效的解决方案。
快速以太网标准的主要特点之一是其传输速度。
它的传输速度是以太网的10倍，能够达到100Mbps，这对于当时的网络通信来说是一个巨大的飞跃。
快速以太网的高速传输能力，大大提高了网络数据传输的效率，使得用户能够更快地访问网络资源，传输大容量的数据文件。
这对于当时的企业和机构来说，意味着更高效的办公和生产效率。
另一个重要特点是快速以太网标准的兼容性。
它能够与传统的以太网技术兼容，这意味着用户可以在不更换现有网络设备的情况下，升级到快速以太网，从而节省了成本。
这种兼容性也为企业和机构提供了更加灵活的网络升级方案，使得他们能够更好地适应不断变化的网络需求。
此外，快速以太网标准还具有较低的成本。
相比于其他更高速的局域网技术，快速以太网的成本相对较低，这使得它成为了当时网络升级的首选方案。
较低的成本意味着更多的企业和机构能够承担得起快速以太网的升级费用，从而更快地享受到高速网络带来的便利。
快速以太网标准的出现，极大地推动了网络通信技术的发展。
它为企业和机构提供了更高效、更快速的网络通信解决方案，有力地支撑了当时的信息化进程。
同时，快速以太网标准也为后续更高速的局域网技术奠定了基础，为今后网络通信技术的发展奠定了坚实的基础。
总的来说，快速以太网标准是局域网技术发展的重要里程碑，它以更快的传输速度、较低的成本和良好的兼容性，为企业和机构提供了更高效的网络通信解决方案。
随着时代的发展，网络通信技术也在不断进步，但快速以太网标准作为其发展历程中的重要一环，将永远被铭记在网络通信技术的史册上。
工业以太网标准和环境要求
工业以太网标准和环境要求工业中的通讯要求与办公环境有着天壤之别。
要考虑到通讯中的每一方面，比如网络中的主动和被动元件，终端设备，网络设计和拓扑结构，甚至环境要求等因素。
而且在制造和掌握自动化行业中还要使用TCP/IP协议。
从而能够优化工业通讯。
工业以太网的基本思想就是通过开发觉存的网络标准，使各装置和整个系统适应现场环境的需求。
所谓主动元件，主要指如OLM，ELM，OSM，ESM等元件，它们连接不同的终端设备，不仅传送数据，还具有更多的智能功能。
而被动元件是同轴电缆，双绞线和光纤这样的传输介质，它们只能对数据进行传送，不具有判定，分析的功能。
标准：工业以太网机遇相应的国际标准，比如IEEE802.3，ISO/IEC 11801，EN 50173，并结合了各标准中的优点。
通常状况下，在工业以太网和经典以太网间各元件不存在相互影响的状况。
但在如同生产和过程掌握环境下，不得不考虑设备兼容的问题，由于工业以太网与经典以太网还是有不同之处，比如工业双绞线的连接，冗余要求等。
除了标准有所不同外，工业以太网还在一些功能上有自己的特点，也是经典以太网不能供应的功能。
环境要求：环境要求在工业场合与办公环境有很大差异。
工业中必需符合EMC标准。
工业与办公环境的要求主要是以下方面：1）EMC（电磁干扰的敏感性；干扰信号的传输）；2）温度；3）振动；4）湿度；5）环境污染。
工业以太网就要求有很高的传输效率和很强的抗干扰力量，甚至要满意恶劣条件下的各种要求。
机架：工业以太网肯定要使用全金属机架。
作为一条法则，要使用符合DIN标准的导轨，掌握箱等设备，而且还要满意空间尺寸的要求，以及设备所能承受的振动防护要求。
温度范围：传送的网络设备的温度范围在0到40摄氏度。
但在工业环境下，要保证设备能够承受低温柔高温，通常工作环境的温度会超过50摄氏度，所以工业以太网的设备温度范围在0到60摄氏度之间。
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10Base5以太网
一种以太网标准，该标准用于使用粗同轴电缆、速度为10Mbps的基带局域网络，在总线型网络中，最远传输距离为500米。
网络节点装有收发器，该收发器插在网卡上的15针连接单元接口（Attachment Unit Interface）中，并接到电缆上。
也作thick Ethernet,ThickNet,ThickWare。
另见coaxial cable,Ethernet 指的是使用标准的（粗）50Ω基带同轴电缆的10Mbit/s的基带以太网规范。
它是IEEE802.3基带物理层规范的一部分，在每个网段上的距离限制是500m,整个网络最大跨度为2500m，每个网段最多终端数量为100台，每个工作站距离为2.5m的整数倍。
10BASE5的命名原则
10代表传输速度为10Mbps，BASE指的是基带传输，5指的是大致的传输距离，10BASE5的最大传输距离不会超过500米。
10base2
10Base2，也叫做便宜网路或细缆，是一个10-Mbps 基带以太网标准，其使用50 欧姆的细同轴电缆。
10Base2，其被定义在IEEE 802.3a 标准中，每段有185 米的长度限制。
10Base2 基于曼彻斯特信号编码通过细同轴电缆进行传输。
其中的10代表传输速率10Mbps，BASE代表表示基带传输，2表示最大传输距离185米。
1000BASE-T使用非屏蔽双绞线作为传输介质传输的最长距离是100米。
10base2 ：细同轴电缆，接头采用工业标准的bnc 连接器组成 t 型插座；使用范围只有200米，每一段内仅能使用30 台计算机，段数最高为 30。
其匹配电阻为50欧。
100base-tx：使用 5 类以上双绞线，网段长度最长可为100m。
100base-fx ：使用一对多模或者单模光纤，使用多模光纤的时候，计算机到集线器之间的距离最大可到2km，使用单模光纤时最大可达10km。
1000base-t：使用 5 类以上双绞线，网段长度最长可为100m。
1000base-f：使用一对多模或者单模光纤，使用多模光纤的时候，计算机到集线器之间的距离最大可到300-550m（500m），使用单模光纤时最大可达3km。
1000base-lx可以接单、多模光纤； 1000base-sx只能接多模光纤。
1000base-lx用单模光纤传 5公里
1000base-lx用多模光纤(50um)传 550m
1000base-lx用多模光纤(62.5um)传 550m
1000base-sx用多模光纤(50um)传 275m
1000base-sx用多模光纤(62.5um)传 550m
100base-fx单模模块用单模光纤传 10-20 公里
100base-fx多模模块用多模光纤传 2 公里
信号以其基带进行的传输。
一种不搬移基带信号频谱的传输方式。
未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。
1000Base-T以太网技术
在以上9种千兆以太网规范中，性价比最高的就是1000Base-T这种采用普通5类以上双绞线的千兆以太网规范。
尽管在双绞线千兆以太网规范中还有1000Base-TX规范，但是它只能使用6类以上的双绞线，网络建设成本明显要高于1000Base-T规范。
所以在此专门介绍一下这种应用最广的千兆以太网规范。
1．1000Base-T规范的设计
1000Base-T是专门为在5类双绞线上进行千兆速率数据传输而设计的。
它采用了双绞线的全部4对芯线，并且是全双工传输的，也就是每对双绞线都可以同时进行数据的发送和接收，这样一来1Gb/s的传送速率可以等效地看作在4对双绞线上，每对的传送速率为250Mb/s（1000Mb/s / 4 = 250Mb/s）。
因为1000Base-T只支持全双工传输，所以与1000Base-T千兆以太网端口直接相连的端口也必须是支持全双工的以太网端口（最佳情况是同时为1000Base-T千兆以太网端口），而不能是是半双工的，否则一方面性能会严重下降，达不到千兆的效果，另一方面还会有严重的丢包现象。
1000Base-TX尽管也是采用了全部的4对双绞芯线，但是它是两对发送，两对接收。
在100Base-TX规范中所采用的仅是两对芯线，发送和接收各一对，两者的比较如图5-13所示（注意区分其中的不同颜色）。
1000Base-T规范中各芯线的具体作用如图
5-14所示。
每条芯线上分担的速率都是250Mb/s，所以，在全双工模式下，它可以实现2Gb/s的传输速率。
1000Base-T与100Base-TX采用相同的传送时钟频率（125MHz），但是利用了一种更加强大的信号传输和编/解码方案--PAM（Pulse Amplitude Modulation，脉冲调幅）-5。
PAM-5编码使用-2、-1、0、+1、+2五种电平，其中-2、-1、+1、+2四种电平用于信号编码，0电平用于前向纠错编码（FEC）；而在100Base-TX中采用的是3级MLT（3Multi-Level Transmission，多级传送）编码方案MLT-3。
对应的编码格式如图5-15所示。
PAM-5编码方使用-1、0、+1三种电平，其-1和+1用于信号传输，0电平用于前向纠错。
由此可见，PAM-5方案可以在链路上较100Base-TX多传送一倍的数据。
另外，1000Base-T规范中的双绞线收发模块内置了一块功能强大的物理层芯片，可以支持1000Base-X规范中的串行（SERDES）接口，即可以与现有的千兆光纤模块完全兼容，充分体现了其强大的适应力。
1000Base-T双绞线收发模块同时还能支持由思科提出的SGMII接口，该接口能支持模块在10M/100M/1000M多种速率下工作，使得1000Base-T模块比千兆光纤模块有更大的生存力。
还有一个要注意的地方就是，1000Base-T规范中不采用交叉网线，只需直通线（两端按同一标准制作网线）即可，因为这一规范中总是采取全双工传输的，任何一根网线都可以同时发送和接收数据。
这与下面将要介绍的1000Base-TX是不一样的。
唯一的区别就是X，有X表示的是不同设备连接时要采用交叉线，而没有X的表示为不用交叉线。
2．1000Base-T的主要优势
1000Base-T规范具有许多优良的特性。
首先，它支持以太网MAC，而且可以后向兼容10Mb/s、l00Mb/s以太网技术。
其次，很多的1000Base-T产品都将支持100/1000自动协商功能，1000Base-T因此可以直接在快速以太网络中通过升级实现。
最后，1000Base-T是一种高性能技术，它每传送100亿比特，其中错误的数据位不会超过一个（误比特率低于10^(-10)，这与100Base-T 的误比特率相当）。
总体而言，1000Base-T规范最吸引人的地方在于为企业提供了一种除多模光纤以太网方案外的更廉价千兆方案，用户可以在原来100Base-T的基础上进行平滑升级到1000Base-T。
该规范主要用于结构化布线中同一层建筑的通信，可以利用现有以太网或快速以太网已铺设的UTP 电缆进行网络升级，也可被用作大楼内的网络主干，大大节省成本。
这是目前最主要应用的千兆以太局域网方案。