以太网技术(精)

2.2 以太网技术以太网是最早使用的局域网，也是目前使用最广泛的网络。

本节内容包括以太网的诞生及标准系列、命名规则、10Mbps、100Mbps、千兆以太网、层次结构及其功能模块、帧结构、媒体访问控制方式、共享式以太网、交换式以太网。

2.2.1 以太网的发展1.以太网的起源以太网（Ethernet）技术于1973年由施乐公司研发，而后由Xerox、Digital Equipment 和Intel三家公司开发成为局域网组网规范，并于80年代初首次出版，称为DIX1.0。

1982年修改后的版本为DIX2.0。

这三家公司将此规范提交给IEEE(电子电气工程师协会)802委员会，经过IEEE成员的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，并编号为IEEE802.3。

Ethernet和IEEE802.3虽然有很多规定不同，但术语Ethernet通常认为与802.3是兼容的。

1983年，IEEE将802.3标准提交给国际标准化组织(ISO)第一联合技术委员会(JTC1)，再次经过修订变成了国际标准ISO802.3。

2.几个主要以太网标准1982年10BASE5（DIX）802.3 粗同轴电缆1985年10BASE2 802.3a 细同轴电缆1990年10BASET 802.3j 双绞线1993年10BASEF 802.3j 光纤1995年100BASET 802.3u 双绞线1997年全双工以太网802.3x 双绞线、光纤1998年1000BASEX 802.3z 双绞线、光纤2000年1000BASET 802.3ab 双绞线3.IEEE 802.3命名规则– IEEE 802.3 X TYPE-Y NAME– X表示传输速率<1> 10表示10Mbps<2> 100表示100Mbps<3> 1000表示1000Mbps– TYPE表示信号传输方式<1> Base指基带传输<2> Broad指宽带传输– Y表示传输媒体<1> 5指粗同轴电缆<2> 2指细同轴电缆<3> T指双绞线<4> F指光纤举例：10BASE-5，表示该以太网的带宽为10Mb/s，以基带传输，最大传输距离为500m；10BASE-TX，表示该以太网的带宽为100Mb/s，以基带传输，传输介质（媒体）为双绞线。

以太网技术基本原理以太网是一种局域网技术，其基本原理是基于CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议，采用共享介质的方式实现各个终端设备之间的数据通信。

以下是以太网技术的基本原理的详细介绍。

1.CSMA/CD协议：CSMA/CD协议是以太网的核心协议，用于解决多个终端设备同时访问共享介质时产生的冲突问题。

其工作原理是，在发送数据之前，终端设备会先监听共享介质上是否有信号传输，如果没有，则可以开始发送自己的数据。

如果检测到有信号传输，表示介质正在被占用，终端设备会等待一段随机的时间后再次进行监听，以便选择合适的时机进行数据发送。

如果在发送数据的过程中，终端设备检测到介质上有冲突，就会终止发送并等待一段时间，再次检测介质是否被占用，然后重新开始发送数据。

通过这种方式，CSMA/CD协议可以有效地解决冲突问题，实现数据的可靠传输。

2.介质访问控制：以太网采用的是共享介质的方式，多个终端设备共享同一根传输介质。

为了保证每个终端设备的公平性和均衡性，以太网采用了介质访问控制机制。

具体来说，以太网将共享介质分割为多个时隙，并将每个时隙划分为一个最小的数据传输单元（称为“帧”）。

终端设备在进行数据传输之前，需要等待一个空闲的时隙，然后按照时隙进行数据发送。

这种介质访问控制机制能够有效地保证每个终端设备的公平访问权，并避免了数据传输的混乱和冲突。

3.MAC地址：以太网使用MAC（媒体访问控制）地址来唯一标识网络中的每个终端设备。

MAC地址是一个48位的全球唯一标识符，由6个字节组成。

其中前3个字节是由IEEE管理的组织唯一标识符（OUI），用于标识设备的生产厂商，后3个字节由设备厂商自行分配。

每个终端设备在生产时都会被分配一个唯一的MAC地址，以太网通过这个地址来确定数据应该发送到哪个设备。

4.帧格式：以太网的数据传输通过帧来进行，每个帧是一个完整的数据包。

以太网的帧格式包括了源MAC地址、目标MAC地址、协议类型和数据部分。

以太网工作原理以太网是一种常见的局域网技术，它使用了一种称为CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）的协议来控制数据传输。

在以太网中，数据被分割成帧，然后通过网络传输。

接下来，我们将详细介绍以太网的工作原理。

首先，以太网使用CSMA/CD协议来控制数据传输。

这意味着当一个设备想要发送数据时，它首先会监听网络，确保没有其他设备正在发送数据。

如果网络空闲，设备就会发送数据。

但是，如果多个设备同时发送数据，就会发生碰撞。

当检测到碰撞时，设备会随机等待一段时间，然后重新发送数据。

其次，以太网使用MAC地址来识别设备。

每个以太网设备都有一个唯一的MAC地址，它由48位二进制数组成。

当数据帧被发送到网络上时，它包含了目标设备的MAC地址，以太网设备会根据这个地址来决定是否接收数据。

此外，以太网使用了CSMA/CD协议来控制网络的拓扑结构。

在以太网中，常见的拓扑结构包括总线型、星型和树型。

总线型拓扑中，所有设备都连接到同一条总线上；星型拓扑中，所有设备都连接到一个中央设备上；树型拓扑则是将多个星型拓扑连接在一起。

最后，以太网使用了以太网交换机来提高网络性能。

交换机可以根据MAC地址来转发数据，而不是像集线器一样简单地将数据广播到整个网络上。

这样可以减少网络拥塞，提高数据传输效率。

总之，以太网是一种常见的局域网技术，它使用了CSMA/CD协议来控制数据传输，使用MAC地址来识别设备，使用不同的拓扑结构来搭建网络，同时利用以太网交换机来提高网络性能。

通过了解以太网的工作原理，我们可以更好地理解局域网的工作方式，从而更好地设计和管理网络。

以太网的解释‎以太网(EtherN‎e t)以太网最早由‎X e rox（施乐）公司创建，在1980年‎，D EC、lntel和‎X erox三‎家公司联合开‎发成为一个标‎准，以太网是应用‎最为广泛的局‎域网，包括标准的以‎太网(10Mbit‎/s)、快速以太网(100Mbi‎t/s)和10G(10Gbit‎/s)以太网，采用的是CS‎MA/CD访问控制‎法，它们都符合I‎EEE802‎.3IEEE 802.3标准它规定了包括‎物理层的连线‎、电信号和介质‎访问层协议的‎内容。

以太网是当前‎应用最普遍的‎局域网技术。

它很大程度上‎取代了其他局‎域网标准，如令牌环、FDDI和A‎R CNET。

历经100M‎以太网在上世‎纪末的飞速发‎展后，目前千兆以太‎网甚至10G‎以太网正在国‎际组织和领导‎企业的推动下‎不断拓展应用‎范围。

历史以太网技术的最初进展来‎自于施乐帕洛‎阿尔托研究中‎心的许多先锋‎技术项目中的‎一个。

人们通常认为‎以太网发明于‎1973年，当年罗伯特.梅特卡夫(Robert‎Metcal‎f e)给他PARC‎的老板写了一‎篇有关以太网‎潜力的备忘录‎。

但是梅特卡夫‎本人认为以太‎网是之后几年‎才出现的。

在1976年，梅特卡夫和他‎的助手Dav‎id Boggs发‎表了一篇名为‎《以太网：局域计算机网‎络的分布式包‎交换技术》的文章。

1979年，梅特卡夫为了‎开发个人电脑‎和局域网离开‎了施乐，成立了3Co‎m公司。

3com 对迪‎吉多, 英特尔, 和施乐进行游‎说，希望与他们一‎起将以太网标‎准化、规范化。

这个通用的以‎太网标准于1‎980年9月‎30日出台。

当时业界有两‎个流行的非公‎有网络标准令牌环网和A‎R CNET，在以太网大潮‎的冲击下他们‎很快萎缩并被‎取代。

而在此过程中‎，3Com也成‎了一个国际化‎的大公司。

梅特卡夫曾经‎开玩笑说，Jerry Saltze‎r为3Com‎的成功作出了‎贡献。

以太网组网技术学习本章应掌握：1. 以太网的组网类型和传输速度2. 组网所需的器件、设备和传输介质3. 单一集线器组网配置规则4. 多集线器组网配置规则§1.1 以太网的相关标准1.以太网的传输介质：同轴电缆、双绞线、光缆等。

2.以太网的网络速度：10Mb/s、100Mb/s及1000Mb/s。

3.以太网的介质访问控制方法：CSMA/CD。

4.以太网采用的主要技术包括10BASE5、10BASE2、10BASE-T、100BASE-TX和100BASE-FX，其主要技术参数见表3.1。

10BASE-T标准规定，组装10BASE-T的每条非屏蔽双绞线的长度不能超过100m。

100BASE-TX标准规定，组装100BASE-TX网络中使用的5类或超5类非屏蔽双绞线的最大长度为100m。

§1.2 组网所需的器件和设备100BASE-T和100BASE-TX组网所需要的器件和设备：带有RJ-45连接头的UTP电缆、带有RJ-45接口的以太网卡、10M/100M集线器、网桥等。

1.2.1 10M/100M以太网集线器集线器，如图3.1所示，处于星型物理拓扑结构的中心，是以太网中最重要、最关键的设备之一。

只有通过集线器，网络中节点之间的通信才能完成。

集线器通常具有如下功能和特性:1.作为以太网的集中连接点。

2.放大接收到的信号。

3.通过网络传播信号。

4.无过滤功能。

5.无路径检测或交换功能。

6.不同速率的集线器不能级联。

集线器通常采用RJ-45标准接口，图3.1显示了一个具有多个RJ-45端口的以太网集线器（一般集线器可以拥有2-24个端口）。

计算机或其他终端设备可以通UTP电缆与集线器RJ-45端口相连，成为网络的一部分。

集线器功能：对信号放大。

集线器的主要问题：不能过滤通过的数据流和无路径检测功能。

所谓“过滤”，就是对接收信息进行分析，决定是否将具有一定特征（如具有某一特定源地址或目的地址）的信息转发出去。

以太网传输原理
以太网是一种常用的局域网技术，它基于CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议。

它的传输原理如下：
1. 以太网使用一种双绞线或光纤传输数据。

数据通过电信号或光脉冲的形式在物理媒介上进行传输。

2. 在物理层，数据被组织成帧。

每一帧包含了目的地址、源地址、数据等必要的信息。

通过帧的形式，数据可以在局域网中进行传输。

3. 当一台计算机要发送数据时，它首先监听网络上是否有其他计算机正在发送数据。

这是通过载波侦听来实现的。

4. 如果网络空闲，计算机就可以发送数据。

它会将数据作为一系列的比特传输到物理媒介上。

5. 其他计算机也在同时监听网络状态。

如果它们在同一时间内尝试发送数据，就会发生冲突。

这是通过冲突检测来发现的。

6. 当发生冲突时，所有冲突的计算机都会停止发送数据，并等待一个随机的时间间隔后再次尝试发送。

这被称为指数后退算法。

7. 将数据从一个计算机传输到另一个计算机需要经过多个中继设备（如交换机、集线器等）。

这些设备负责将数据帧从一个物理接口转发到另一个物理接口，以实现数据的传输。

总的来说，以太网利用CSMA/CD协议和帧的组织方式，通过物理媒介在局域网中传输数据。

当发生冲突时，采用指数后退算法来解决，以保证数据的正常传输。

工业以太网冗余技术分析什么是工业以太网工业以太网是指在工业控制领域中使用的以太网技术。

与传统的计算机网络不同，工业以太网需要满足实时性、可靠性和安全性等需求，因此需要特别设计。

工业以太网的发展经历了多个阶段，最早的版本是10Mbps的以太网，之后又出现了100Mbps和1Gbps的版本。

随着工业控制领域的不断发展，工业以太网已经成为工业自动化的主流通信技术。

工业以太网冗余技术在工业现场应用中，通信的可靠性是非常重要的。

如果通信出现故障，可能会导致整个生产过程停止，给企业带来很大的损失。

工业以太网冗余技术可以提高通信的可靠性，从而保证工业自动化生产的正常运行。

工业以太网冗余技术包括链路聚合、跨交换机链路聚合和环路切换等。

下面逐一进行分析。

链路聚合链路聚合是将多条物理链路的带宽合并成一条逻辑链路的技术。

通过此技术可以提高带宽的容错能力，当有一条物理链路发生故障时，数据包会被发送到另一条链路上，从而达到冗余的效果。

链路聚合可以在切换过程中对应用程序没有影响。

跨交换机链路聚合跨交换机链路聚合是指将两个或两个以上不同交换机的物理端口连接成逻辑链路的技术。

跨交换机链路聚合可以提供更好的冗余效果和更高的容错性。

当其中一台交换机发生故障时，数据包可以直接通过另一台交换机进行传输，从而达到冗余的效果。

环路切换环路切换是指在一个包含多个交换机的网络中，当其中某一个交换机发生故障时，系统能够自动切换到备用路径，从而保证通信的正常运行。

环路切换可以通过不同的方式实现，如RSTP、MSTP等。

工业以太网冗余技术的应用场景工业以太网冗余技术在现实生产中具有广泛的应用场景。

其中包括：自动化生产线在自动化生产线中，工业以太网冗余技术可以提高生产的可靠性和稳定性，保证生产线不会因为通信中断而停止运行。

这对于大型工业企业的生产效率和成本控制都有着重要的意义。

机器人控制在机器人控制中，工业以太网冗余技术可以保证机器人的实时性和稳定性，从而提高生产效率。

光纤以太网工作原理
光纤以太网是一种基于光纤传输的局域网技术，它利用光纤作为传输介质，通过光的传播来实现高速、长距离的数据传输。

其工作原理如下：
1. 发送端数据传输：当发送端产生数据时，经过电子设备将数据转换成光信号。

光信号经过光发射器发射出来，然后通过光纤传输到接收端。

2. 光信号传输：光信号在光纤中以总反射的方式传输。

光纤内部光的传播方式是通过光的全反射，即光信号会不断地在光纤的核心中反射，使得光信号能够一直传输下去。

3. 光纤交换机：当光信号到达交换机时，交换机会根据数据包的目标地址来决定将数据包转发到哪个接口。

交换机的作用是在局域网中实现数据包的转发和路由。

4. 光信号接收：接收端的光接收器会接收到传输过来的光信号，并将光信号转换为电信号。

然后电信号经过电子设备的处理和解码，恢复为原始的数据。

5. 数据处理：接收端对恢复出来的数据进行处理、检测和校验。

如果数据正确无误，则将数据交给终端设备进行进一步的处理和应用。

光纤以太网工作原理的关键在于光信号的传输和光与电信号的转换。

光纤作为一种低损耗、高带宽的传输介质，使得光纤以
太网能够实现高速、长距离的数据传输。

而光的全反射和光纤交换机的使用，则可以实现数据的可靠传输和有效路由。

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。