以太网类型：计算机网络技术基础

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：目前共享式以太网已逐渐退出了历史舞台。IEEE在1992年重新召集了IEEE 802.3委员会，并于1995年3月推出了IEEE 802.3u标准，即快速以太网。于是，1996年3月IEEE 802委员会成立了IEEE 802.3z工作组，专门负责千兆位以太网及其标准，并于1998年6月正式公布关于千兆以太网的标准。图6—10千兆以太网与快速以太网相比，千兆以太网有其明显的优点。千兆以太网的速度10倍于快速以太网，但其价格只有快速以太网的2～3倍，即千兆以太网具有更高的性能价格比。

1.标准以太网

在以太网普及之初，以太网只有10 Mb/s的吞吐量，一般采用多台终端使用同一根同轴电缆的共享介质型连接方式，这种早期的10 Mb/s以太网也称为标准以太网。所有的设备采用CSMA/CD的方式使用传输介质，因此在传输过程中所有结点共享同一传输介质，同一时间内只能有一台主机发送数据，冲突和碰撞是不可避免的，这使得数据传输效率和带宽的利用受到了限制。并且在共享式以太局域网中的网络设备必须保持相同的传输速率，否则一个设备发送的信息，另一个设备不可能收到。单一的共享式以太网不可能提供多种速率的设备支持。早期的1 0Base2、1 0Base5、1 0Base-T、10Base-F等标准的以太网就属于共享式以太网，如图6—8所示。目前共享式以太网已逐渐退出了历史舞台。

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图6—8　以太网结构图

在标准以太网中10Base-T是最常用的一种标准，主要由网卡、集线器、交换机、双绞线等设备组成。如图6—8所示的组网中所有的工作站都通过传输介质连接到集线器Hub上，工作站与Hub之间的双绞线最大距离为100m，网络扩展可以采用多个Hub来实现，Hub之间的连接可以使用双绞线、同轴电缆或粗缆线。

10Base-T以太网一经出现就得到了广泛的认可和应用，与10Base5和10Base2相比，10Base-T以太网有如下特点。

①安装简单、扩展方便；网络的建立灵活、方便，可以根据网络的大小，选择不同规格的Hub或交换机连接在一起，形成所需要的网络拓扑结构。

②网络的可扩展性强，因为扩充与减少工作站都不会影响或中断整个网络的工作。

③集线器或交换机具有很好的故障隔离作用。当某个工作站与中央节点之间的连接出现故障时，也不会影响其他节点的正常运行；甚至当网络中某一个集线器或交换机出现故障时，也只会影响到与该集线器或交换机直接相连的节点。

2.快速以太网

在20世纪80年代初期至90年代初这10多年的过程中，10 Mb/s Ethernet在局域网产品中占有很大的优势，特别是以10BASE-T标准组建的网络得到了广泛应用。但是随着联网计算机的性能升级和高带宽应用的增加，人们对以太网带宽提出了更高的需求。IEEE在1992年重新召集了IEEE 802.3委员会，并于1995年3月推出了IEEE 802.3u标准，即快速以太网（FastEthernet）。其设计思想非常简单，为了向后兼容以太网，保留了原来的帧格式、接口和过程规则，并和10BASE—T一样使用集线器和交换机作为连接设备。传输介质除了三类双绞线和光纤之外，还增加了五类双绞线。

快速以太网技术100Base—T由10BASE—T标准以太网发展而来，主要解决网络带宽在局域网应用中的瓶颈问题。其协议标准为1995年颁布的IEEE 802.3u，可支持100Mb/s的数据传输速率，并且与10BASE—T一样可支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信，如图6—9所示。IEEE 802.3u在MAC子层仍采用CSMA/CD作为介质访问控制协议，并保留了IEEE 802.3的帧格式。但是，为了实现100 Mb/s的传输速率，它在物理层做了一些重要的改进。例如，在编码上，采用了效率更高的编码方式。传统以太网采用曼彻斯特编码，其优点是具有白带时钟特性，能够将数据和时钟编码放在一起，但其编码效率只能达到1/2，即在具有20Mb/s传送能力的介质中，只能传送10Mb/s的信号。所以快速以太网没有采用曼彻斯特编码，而采用效率更高的4B/5B等编码。在传输介质上，快速以太网取消了对同轴电缆的支持。

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图6—9　快速以太网(www.chuimin.cn)

快速以太网的最大优点是结构简单、实用、成本低并易于普及。目前其主要用于快速桌面系统，也被用于一些小型园区网络的主干。100M快速以太网标准又分为100Base-TX、100Base-FX和100Base-T4三个子类。

3.千兆以太网

随着多媒体技术、高性能分布计算和视频应用等的不断发展，用户对局域网的带宽提出了越来越高的要求；同时，100 Mbps快速以太网也要求主干网、服务器一级的设备要有更高的带宽。人们迫切需要更高性能的网络，并且这网络应与现有的以太网产品保持最大的兼容性。于是，1996年3月IEEE 802委员会成立了IEEE 802.3z工作组，专门负责千兆位以太网及其标准，并于1998年6月正式公布关于千兆以太网的标准。

千兆以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率达到1000Mb/s，即1 Gb/s，因此也被称为吉比特以太网。千兆以太网基本保留了原有以太网的帧结构，其向下和以太网及快速以太网完全兼容，从而原有的10M以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆以太网。千兆位以太网标准包括了支持光纤传输的IEEE 802.3z和支持铜缆传输的IEEE 802.3ab两大部分。千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术多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，所以可与10M或100M的以太网很好地配合工作，如图6—10所示。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，能够最大限度地投资保护。

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图6—10　千兆以太网

与快速以太网相比，千兆以太网有其明显的优点。千兆以太网的速度10倍于快速以太网，但其价格只有快速以太网的2～3倍，即千兆以太网具有更高的性能价格比。而且原有的传统以太网与快速以太网可以平滑地过渡到千兆以太网，不需要掌握新的配置、管理与排除故障技术。千兆以太网可作为校园或建筑物内的主干网，实现交换机到交换机、交换机到路由器、交换机到服务器和中继器到服务器的连接。网络升级为千兆以太网一般有交换机到服务器连接的升级、交换机到交换机连接的升级、交换式快速以太网主干网的升级、共享式FDDI主干网的升级和高性能桌面系统的升级5种情况。

千兆以太网标准主要包括1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-CX、和1000Base-T这4个协议标准。

4.万兆以太网

在以太网技术中，快速以太网也是重要的里程碑之一，它确立了以太网技术在桌面的统治地位。随后出现的千兆以太网更是稳固了以太网技术在局域网中的绝对统治地位。然而，在很长的一段时间中，由于带宽以及传输距离等原因，人们普遍认为以太网技术不能用于城域网，特别是在城域网的汇聚层以及骨干层。1999年3月，IEEE成立了高速研究组（High-Speed Study Group，HSSG）致力于万兆（10 Gb/s）高速以太网技术的研究，并于2002年正式发布802.3 ae 10GE标准。万兆以太网的问世不仅再度扩展了以太网的带宽和传输距离，更重要的是以太网技术从此开始由局域网领域向城域网领域渗透。2007年，IEEE又提出了802.3ba标准，目标是设计40Gb/s或者100 Gb/s的以太网。

为了提供10G的传输速率，802.3ae 10GE标准在物理层只支持光纤作为传输介质。在物理拓扑上，万兆以太网既支持星形连接或扩展星形连接，也支持点到点连接以及星形连接与点到点连接的组合。星形连接或扩展星形连接主要用于局域网组网，点到点连接主要用于城域网组网，星形连接与点到点连接的组合则用于局域网与城域网的互联。

在万兆以太网的MAC子层，已不再采用CSMA/CD机制，其只支持全双工方式。事实上，尽管在千兆以太网协议标准中提到了对CSMA/CD的支持，但基本上已经只采用全双工方式，而不再采用共享带宽方式。

另外，IEEE 802.3ae 10GE标准继承了802.3以太网的帧格式和最大/最小帧长度，从而能充分兼容已有的以太网技术，进而降低了对现有以太网进行万兆位升级的风险。

以太网类型：计算机网络技术基础

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