以太网技术及其发展历程 山东建筑大学 计算机网络论文

摘要
以太网是一种以10M每秒的速度（Mbps）传输数据的标准,是一种世界上应用最广泛、最为常见的网络技术。

在不涉及到网络的协议细节时，很多人愿意将802.3局域网简称为以太网。

如今以太网的速度已经提高了很高，已经发展成为高速以太网。

关键词：以太网；传输数据；局域网
正文
以太网指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。

以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。

以太网与IEEE802.3系列标准相类似。

它不是一种具体的网络，是一种技术规范。

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。

该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。

以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。

直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。

一、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、帧听信道上收否有信号在传输。

如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续帧听，直到信道空闲为止。

2、若没有帧听到任何信号，就传输数据
3、传输的时候继续帧听，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帧听信道状态。

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，计算机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）。

二、以太网的连接
1、拓扑结构
总线型：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。

早期以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴缆作为传输介质，连接简单，通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。

星型：管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。

采用专用的网络设备（如集线器或交换机）作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上，这就形成了星型结构。

星型网络虽然需要的线缆比总线型多，但布线和连接器比总线型的要便宜。

此外，星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模，因此得到了广泛的应用，被绝大部分的以太网所采用。

2、传输介质
以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。

其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接，而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。

同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。

3、接口的工作模式
以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。

半双工：半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。

传统的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数据。

当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的效率。

全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。

例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双向通行。

在双全工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个双全工连接只用一个端口，用于点对点连接。

标准以太网的传输效率可达到50％～60％的带宽，双全工在两个方向上都提供100％的效率。

二、以太网的分类和发展
1、标准以太网
开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMA／CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。

以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。

所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。

·10Base－5 使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法；
·10Base－2 使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法；
·10Base－T 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m；
·1Base－5 使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps；
·10Broad－36 使用同轴电缆（RG－59／U CATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式；
·10Base－F 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps；
2、快速以太网
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100Mpbs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。

· 100BASE－TX：是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。

它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。

在传输中使用4B／5B编码方式，信号频率为125MHz。

符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT 1类布线标准。

使用同
10BASE－T相同的RJ－45连接器。

它的最大网段长度为100米。

它支持全双工的数据传输。

· 100BASE－FX：是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤（62.5和125um）多模光纤连接的最大距离为550米。

单模光纤连接的最大距离为3000米。

在传输中使用4B／5B编码方式，信号频率为125MHz。

它使用MIC／FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。

它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。

100BASE－FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。

· 100BASE－T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。

100Base-T4使用4对双绞线，其中的三对用于在33MHz的频率上传输数据，每一对均工作于半双工模式。

第四对用于CSMA/CD冲突检测。

在传输中使用8B／6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。

它使用与10BASE－T相同的RJ－45连接器，最大网段长度为100米。

3、千兆以太网
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，能够最大程度地投资保护。

为了能够侦测到64Bytes资料框的碰撞，Gigabit Ethernet所支持的距离更短。

Gigabit Ethernet 支持的网络类型，如下表所示：
传输介质距离
1000Base－CX Copper STP 25m
1000Base－T Copper Cat 5 UTP 100m
1000Base－SX Multi-mode Fiber 500m
1000Base－LX Single-mode Fiber 3000m
千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。

IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。

IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。

1. IEEE80
2.3z
IEEE802.3z工作组负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的全双工链路标准。

IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base-X，采用8B/10B编码技术，信道传输速度为1.25Gbit/s，去耦后实现1000Mbit/s传输速度。

IEEE802.3z具有下列千兆以太网标准：
· 1000Base-SX 只支持多模光纤，可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长为770-860nm，传输距离为220-550m。

· 1000Base-LX 多模光纤：可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为550m。

单模光纤：可以支持直径为9um或10um的单模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为5km左右。

· 1000Base-CX 采用150欧屏蔽双绞线（STP），传输距离为25m。

2. IEEE802.3ab
IEEE802.3ab工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆以太网标准，产生
IEEE802.3ab标准及协议。

IEEE802.3ab定义基于5类UTP的1000Base-T标准，其目的是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m。

IEEE802.3ab标准的意义主要有两点：
(1) 保护用户在5类UTP布线系统上的投资。

(2) 1000Base-T是100Base-T自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容。

不过，在5类UTP上达到1000Mbit/s的传输速率需要解决5类UTP的串扰和衰减问题，因此，使IEEE802.3ab工作组的开发任务要比IEEE802.3z复杂些
4、万兆以太网
万兆以太网规范包含在IEEE 802.3 标准的补充标准IEEE 802.3ae 中，它扩展了IEEE 802.3 协议和MAC 规范使其支持10Gb/s 的传输速率。

除此之外，通过WAN 界面子层（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率，如9.584640 Gb/s （OC-192），这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络（SONET）STS -192c 传输格式相兼容。

· 10GBASE-SR 和10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纤（MMF），光纤距离为2m 到300 m 。

10GBASE-SR 主要支持“暗光纤”（dark fiber），暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。

10GBASE-SW 主要用于连接SONET 设备，它应用于远程数据通信。

· 10GBASE-LR 和10GBASE-LW 主要支持长波（1310nm）单模光纤（SMF），光纤距离为2m 到10km （约32808英尺）。

10GBASE-LW 主要用来连接SONET 设备时，
10GBASE-LR 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。

· 10GBASE-ER 和10GBASE-EW 主要支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），光纤距离为2m 到40km （约131233英尺）。

10GBASE-EW 主要用来连接SONET 设备，
10GBASE-ER 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。

· 10GBASE-LX4 采用波分复用技术，在单对光缆上以四倍光波长发送信号。

系统运行在1310nm 的多模或单模暗光纤方式下。

该系统的设计目标是针对于2m 到300 m 的多模光纤模式或2m 到10km 的单模光纤模式。