快速和交換乙太網

乙太網最早由Xerox（施樂）公司創建，於1980年DEC、lntel和Xerox三家公司聯合開發成為一個標準。乙太網是套用最為廣泛的區域網路，包括標準的乙太網（10Mbit/s)、快速乙太網（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）乙太網。它們都符合IEEE802.3。它不是一種具體的網路，是一種技術規範。該標準定義了在區域網路（LAN）中採用的電纜類型和信號處理方法。乙太網在互聯設備之間以10~100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜10 Base T乙太網由於其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為套用最為廣泛的乙太網技術。直擴的無線乙太網可達11Mbps，許多製造供應商提供的產品都能採用通用的軟體協定進行通信，開放性最好。

IEEE802.3標準

IEEE802.3規定了包括物理層的連線、電信號和介質訪問層協定的內容。乙太網是當前套用最普遍的區域網路技術，它很大程度上取代了其他區域網路標準。如令牌環、FDDI和ARCNET。歷經100M乙太網在上世紀末的飛速發展後，千兆乙太網甚至10G乙太網正在國際組織和領導企業的推動下不斷拓展套用範圍。

常見的802.3套用為：

10M: 10base-T （銅線UTP模式）

100M: 100base-TX （銅線UTP模式）

100base-FX（光纖線）

1000M: 1000base-T（銅線UTP模式）

基本介紹

• 中文名：快速和交換乙太網
• 所屬技術：電信技術

歷史

乙太網技術的最初進展來自於施樂帕洛阿爾托研究中心的許多先鋒技術項目中的一個。人們通常認為乙太網發明於1973年，當年羅伯特·梅特卡夫(Robert Metcalfe）給他PARC的老闆寫了一篇有關乙太網潛力的備忘錄。但是梅特卡夫本人認為乙太網是之後幾年才出現的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs發表了一篇名為《乙太網：局域計算機網路的分散式包交換技術》的文章。1977年底，梅特卡夫和他的合作者獲得了“具有衝突檢測的多點數據通信系統”的專利。多點傳輸系統被稱為CSMA/CD（帶衝突檢測的載波偵聽多路訪問），從此標誌乙太網的誕生。1979年，梅特卡夫為了開發個人電腦和區域網路離開了施樂，成立了3Com公司。3com對迪吉多，英特爾和施樂進行遊說，希望與他們一起將乙太網標準化、規範化。這個通用的乙太網標準於1980年9月30日出台，當時業界有兩個流行的非公有網路標準令牌環網和ARCNET，在乙太網大潮的衝擊下他們很快萎縮並被取代。而在此過程中，3Com也成了一個國際化的大公司。梅特卡夫曾經開玩笑說，Jerry Saltzer為3Com的成功作出了貢獻。Saltzer在一篇與他人合著的很有影響力的論文中指出，在理論上令牌環網要比乙太網優越。受到此結論的影響，很多電腦廠商或猶豫不決或決定不把乙太網接口做為機器的標準配置，這樣3com才有機會從銷售乙太網網卡大賺。這種情況也導致了另一種說法“乙太網不適合在理論中研究，只適合在實際中套用”。也許只是句玩笑話，但這說明了這樣一個技術觀點：通常情況下，網路中實際的數據流特性與人們在區域網路普及之前的估計不同，而正是因為乙太網簡單的結構才使區域網路得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾經在麻省理工學院 MAC項目（Project MAC）的同一層樓里工作，當時他正在做自己的哈佛大學畢業論文，在此期間奠定了乙太網技術的理論基礎。

發展

區域網路（LAN）的演進

第1代：這個時期的LAN是專有的，且用於支持非智慧型用戶工作站。第1代LAN中較傑出的有IBM的R-Loop，它採用IBM 8100作為主工作站，控制相連的設備(輔助設備)的操作。R-Loop的拓撲是一個邏輯環，使用電話雙絞線，速率為19.2kbit/s。

第2代：這一代的LAN系統第一次採用國際標準。IEEE 802委員會開始為LAN建立標準，並且擔任了主導的LAN標準主體的角色。乙太網(Xerox開發，它將其規範“交付”給了標準組)以IEEE 802.3發布，是使用最廣泛的LAN。接下來是令牌環(802.5)。這兩種網路均為數據套用而設計，並採用共享媒體。因為共享媒體的設計速度為10Mbit/s，所以匯流排上的每個工作站必須輪流使用系統。在活動高峰期間，共享匯流排不能很好地回響所有的用戶，這就導致了回響時間的延長和吞吐量的下降。此外，對使用匯流排的判優處理使多個工作站能夠同時進行傳送，這就導致衝突和業務重發，這是性能下降的另一個因素。

第3代：共享匯流排體系結構不能滿足那些需要更大頻寬的套用的要求，因此人們開發出交換乙太網(和交換令牌網)以便為最終用戶提供更大的容量。這些技術不依賴共享媒體，而是提供用戶工作站和交換機之間的點到點頻寬。這樣，用戶不是共享10 Mbit/s的媒體，而是得到了專用的10 Mbit/s的媒體。

第4代：這一代LAN尚未大量進入市場，它們基於支持多媒體套用的甚高速ATM交換機。

分類

交換乙太網

乙太網集線器和交換機的套用正在增長，它提供了一種簡單而且廉價的方法為工作站提供更大的頻寬。典型的LAN交換機體系結構包括許多具有輸入和輸出緩衝區的連線埠，這些連線埠連線到交換結構上。輸入緩衝區可以對正被接收的幀進行存儲，使用輸入緩衝區可以在另一個幀正被送往同一個目的工作站時保留這個幀。如果連線埠連線在多個工作站駐留的共享媒體上，輸出緩衝就十分重要，因為輸出緩衝區允許來自輸入緩衝區的幀在這裡積聚。在交換乙太網中，每個工作站都可得到一條專用的10 Mbit/s信道(如果需要可更高)。交換結構可以製成高速匯流排、縱橫制、多級交換陣列或其他形式。交換體系結構可以是阻塞的或無阻塞的，大多數LAN交換機是無阻塞的。LAN交換機通常採用兩種方法進行緩衝和幀轉發，稱為存儲轉發或直通。

虛擬LAN

在一個典型的LAN中，LAN的分段是由電纜到連線埠的物理連線來定義的，配置和相應的路由選擇由基礎硬體確定。然而，虛擬LAN是用軟體來定義分段的，路由選擇由幀轉發表來執行，該表把多個工作站分到多個邏輯段及相關的物理連線埠。虛擬LAN的一個好處是能夠方便地移動站點，可以將工作站移到不同的連線埠，而仍然為同一個虛擬LAN分段的成員。一些虛擬LAN允許一台設備成為多個虛擬LAN的成員。

快速乙太網

快速乙太網適用於運行速度超過常規的10 Mbit/s的LAN，意味著使用了乙太網交換機。迄今為止，所做的主要努力是開發100 Mbit/s容量的技術，而大部分成果集中在3類或5類電纜上，此外，有些技術運行在禁止雙絞線(SPT)或無禁止雙絞線(UTP)上。快速乙太網在以下兩個方面取得顯著的成果。802.3 100BASE T委員會正在研究一種方案，將常規CSMA/CD用在兩個物理平台上。802.12陣營正在開發Hewlett Packard的100VG-AnyLAN的一個版本，它使用一種附加協定，但支持乙太網或令牌環幀。

無線區域網路

無線區域網路(WLAN，WirelessLocal Area Network)就像其名字所描述的一樣，掙脫了傳統線纜束縛，提供了乙太網或者令牌網路的功能。但是僅僅從纜線這個角度來看待無線區域網路還是不夠的，可以說WLAN已經重新定義了區域網路：聯接不僅僅是物理連線，“本地”的計量單位從米延伸到了千米，基礎設施不再需要埋在地下或隱藏在牆裡。與有線網路一樣，無線區域網路同樣也需要傳送介質，但它不是使用雙絞線或者光纖，而是紅外(IR)和無線電射頻(RF)。在這兩者中，RF使用得更多一點，因為其覆蓋範圍更廣、傳送速率更高。今天許多無線區域網路使用2.4GHz波段，該波段在全世界範圍內能自由使用。

寬頻無線區域網路由寬頻無線接入終端(移動終端MT)、無線接入點(AP)及無線接入伺服器(WAS)等設備組成， 每個小區的移動終端經過接入點訪問高速主幹網，也可經路由器接入公共網。這裡接入點相當於蜂窩電話網中的基站，每個小區中的移動終端可漫遊至其他小區而繼續保持與自己原來的小區的通信。

802.11是IEEE最初制定的一個無線區域網路標準，工作頻率2.4GHz，頻寬1～2 Mbit/s。由於802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此，IEEE小組又相繼推出了802.11b和802.11a兩個新標準，三者之間技術上的主要差別在於MAC子層和物理層。802.11b物理層支持5.5 Mbit/s和11 Mbit/s兩個新速率，802.11a工作在5GHzU-NII頻帶，物理層速率可達54 Mbit/s，傳輸層可達25Mbit/s。

快速和交換乙太網小結

為了克服LAN的共享匯流排的頻寬限制，人們開發了交換乙太網，這項技術能夠為每個工作站提供一條10 Mbit/s管道，快速乙太網增強了這一特性，以100 Mbit/s的速度對業務進行編碼和傳輸，最新的乙太網交換機已升級到Gbit/s的運行速度。

快速和交換乙太網小結見表1。

表1快速和交換乙太網技術小結

是否為新技術	有一點，乙太網線路卡相似，但交換方面是新的
針對的套用	針對數據，但語音和視頻也將出現
是否為拓撲相關	是的，交換式點到點
是否為媒體相關	是的，銅纜或光纖
是否基於LAN/WAN	只涉及LAN，節點之間的距離很短
競爭對手	FFDI，共享式乙太網，ATM
補充說明	需要較大頻寬的套用
基於信元/幀	基於幀
有無連線管理	無，是無連線的
流量控制(顯式/隱式)	模仿乙太網
有效負載完整性管理	無
有無業務丟棄選項	無
有無按需頻寬	無
定址/識別方案	48位MAC地址