以太网知识讲座

第1期
王廷尧 , 马克城 : 以太网知识讲座 （1 ） —以太网的基本概念 ——
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网络组成
是由若干个站点 Ethernet 是一种计算机 LAN，
备、 传输介质以及 Ethernet 介质接入控制规范等做 扼要的说明。
（网络节点） 和将其连接到网上所使用的设备以及 站点间传输信息的介质组成的。各站点间的通信 是通过符合上述标准规范的以太网，以传输介质 接入控制 （MAC： Media Access Control) 的 方 法 实 现的。其传输介质也需遵守相关标准规定的 Ether-
概念， 然后扼要地讨论 OSI 标准参考模型， 说明该 参考模型的七层功能和它们之间的关系。
3.1
LAN 的基本概念 LAN 是工作范围被局限于一定区域的数据通信
网， 用于对各种数据信息的传输与交换， 其传输与交 换的速率可以从 1 Mbit / s到 10 Gbit / s， 一般采用的速 率是 100 Mbit / s 和 1 000 Mbit / s。地区范围不超过 一般只限制在一个小区、 一个企业、 一所学 100 km， 校甚至一座楼内。LAN 的业务种类很多， 而且会逐 步统一到可以处理交互式多媒体信息的计算机
随着数十年来技术的不断更新 , 不断焕发出了勃勃 成本低廉、 带宽易 的生机。 由于 Ethernet 结构简单、 于扩展以及具有较高的兼容性等诸多优点 , 因而受 到了人们的极大关注。特别是近年来， 千兆 Ether-
net 的实用化以及与光纤技术的有机结合 , 又出现 ， 更 为 Ethernet 的 了 “ 光 以 太 网 (Optical ethernet) ” 应用开辟了广阔的天地， 使 Ethernet 信号不但可实
质上，是计算机和工作站间的网络 接口。各站点无网卡就无法上网， 因
…
中继器 （Repeater or Hub ） 服务器 （Server） 交换机 （Frame Switcher） 站点 -网络节点 (Network Node) 网桥 （Ethernet Bridge ） 介质变换器 （Media Converter） 路由器 （Router)
2002 年 3 月 第1期
天津通信技术
TIANJIN COMMUNICATIONS
TECHNOLOGY
Mar.2002 No.1
以太网知识讲座 （1） —以太网的基本概念 ——
王廷尧 马克城 （天津光电通信产业集团恒光科技有限公司， 天津 300211 ）
摘 要：系统地介绍了以太网的基本概念、 介质接 入 控 制 和 物 理 层 标 准 规 范 、 以太网信号的帧结构、 网络硬件设 备、 网络组成及主要的性能， 以及以太网信号在 PDH 、 SDH / SONET 中的传输等等。 关键词：以太网；介质接入控制层；帧结构；物理层 中图分类号： TP393.11 文献标识码： B 文章编号： （2002 ） 1006-7442 01-0054-09
Router 是用于将多种不同类型 LAN 连接在一 起的设备。由 Router 将多种不同类型的 LAN 连接
在一起可以形成干线网络，复盖整个城市或国家。 便是复盖世界范围的巨大的 例如因特网 （Internet ）
Router 网络。 网关(Gateway) （6） Gateway 工作在高层协议 , 用于不同高层协议 的网络之间的信息变换。 Router 便是 Gateway 其中 的一种， 在图 1 中没有单独画出。 2.4 Ethernet 的物理传输介质 Ethernet 采 用 的 传 输 介 质 分 为 电 缆 和 光 缆 两
Ethernet Bridge 是 可 以 连 接 若
干个网段 （碰 撞 域 ） 的多端口设备。 当一个网段上站点太多时，会发生 过多的竞争与碰撞，造成通信的中
图1
一个以太网络的组成实例框图
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天津通信技术
2002 年
断或使网络利用率下降。为了克服这种缺点， 可将 此 网 段 分 割 成 若 干 个 小 网 段 并 利 用 Ethernet 进行过滤 （Filtering ） 、 转发 Bridge 将 其 连 接 起 来 ， 等， 以达到减少竞争与碰撞的目的。 由 （Forwarding ） 于网桥连接成的网络被称为一个广播域 （Broadcast ， 是若干个网段 （碰撞域） 上各站点的集 Domain） 合。 交换机 （Frame Switcher ） （4）
2.2
通信工作模式 一般的说， 通信网络有半双工和全双工两种模
式。 半双工工作模式是站点发送与接收信息使用同 一个物理通道， 各个站点不能同时发送信息， 因此 一 般 在 使 用 CSMA / CD 介 质 接 入 规 则 的 Ethernet 站 点 之 间 采 用 半 双 工 工作模式。对于全双工工作模式， 是 站点之间发送与接收信息分别有独 立的物理通道，因而允许两个站点 之间同时向对方发送信息。
类。其中电缆包括同轴电缆与双绞线对等， 而光缆 则包括多模光缆和单模光缆。 （Media Converter ） 2.5 介质变换器 Media Converter 用 于 Ethernet 传 输 介 质 的 变 换， 这里主要是电缆与光缆之间的变换。将传输介 质由电缆转换为光缆， 不但可以扩大网径， 增大传 输距离， 而且可以简单地实现信息从 “干线直接到 桌面” 。此外， 还有用于 Ethernet 和传输干线网络之 间的接口设备和网管设备之中等等。
1
前言
以太网 （Ethernet) 最早出现于 20 世纪 70 年代 ,
标 准 规 范 的 多 计 算 机 的 LAN 系 统 。 所 谓 “以 太 （Ether ） ” ，是中世纪欧洲一些物理科学家提出的一 种假说。在这种假说下他们认为世界充满了一种称 的物质， 此种物质无所不有， 无所不在。而 做 “Ether ” 将 “Ether ” 这个词汇用于现代， 就是要说明这类计 算机 LAN 普遍存在， 因此被称为 Ethernet 。这里所 指的 “局域” 就是一幢楼、 一所学校、 一个工厂或一 个 小 区 ； 所 指 的 技 术 标 准 规 范 就 是 IEEE 802.3 、
Ethernet 技 术 的 应 用 在 世 界 先 进 国 家 已 相 当
普及， 在我国也将随着计算机用户的迅速增长， 而 全面铺开，并将从更高的起点迎接新世纪 “Optical 的美好未来。 ethernet” 当然，Ethernet 在目前还仅是一种能满足技术
作者简介 王廷尧 （1937- ） ： 男， 1963 年 毕 业 于 内 蒙 古 大 学 ， 现任天津恒光科技有限公司高级工程师。 马克 诚 （1963- ） ： 男， 1985 年 毕 业 于 西 安 电 子 科 技 大学， 现 任 天 津 恒 光 科 技 有 限 公 司 总 经 理,主 持开发研制了多种光通信产品并在公司内成 批投产。 收稿日期 2 002-02-20
Ethernet Frame Switcher 的 功 能 与 Ethernet Bridge 相类似，不同的地方是通常 Frame Switcher 可以使用专用的集成电路 （ASIC ： Application-Spe或 多 个 CPU ， 可以并行收 cific Integrated Circuit ）
多计算机按照这套技术标准规范连接起来， 组成一 个数据通信网络。
Ethernet 可以根据工作速率进行分类 , 也可以
按照网络执行的标准、 规范进行分类。如按工作速 率 分， 可分为： 1 Mbit/s、 10 Mbit/s、 100 Mbit/s、 1000 Mbit/s、 规范分， 10 000 Mbit/s 五种。如按照网络执行的标准、 可分为两类：一类是目前普遍采用 ISO/IEC8802-3 和 IEEE802.3 标准的星型拓扑 Ethernet, 一类是采用 ISO / IEC8802-12 和 IEEE802.12 标 准 的 环 型 拓 扑 前者又分为 1 Mbase-T、 Ethernet。 10 Mbase-T、 100 Mbase-TX、 1 000 Mbase-X 和 10 000 Mbase-X 五 种 。 通 常 100 Mbase -T 类 被 称 为 快 速 Ethernet, 1 000 Mbase-T 被称为千兆 Ethernet,10 000 Mbase-T 被称为 10 Gbit / s 以太网。 而采用 ISO / IEC8802-12 和 IEEE-802.12 标准的环型拓扑 Ethernet ， 则被称 为 100VG-AnyLAN 快速 Ethernet。访问该 Ethernet 的规范是令牌环标准。
现长距离传输， 而且可以简单地实现 “干线接续到 桌面” 等等。因此 Ethernet 技术逐步占据了局域网 （LAN） 的广大领域， 并正在向城域网 （MAN） 和广域 的领域推进， 开 辟 了 通 信 领 域 Ethernet 网 （WAN） 技术应用的光辉前程。
ISO / IEC 88O2 -3 或 IEEE 802.12 ISO / IEC8802 所指的多计算机系统就是在该局部区域内有许 12 ；
此是将计算机网络站点连接到网上 必备的设备。 （2 ） 中继器 （Repeater or Hub ）
Repeater or Hub 是 Ethernet 的
核心，所有站点都必须连接到中继 器内部总线的各端口上。中继器和 其连接的网络节点通常称为一个网 段。 （3 ） 网桥 （Ethernet Bridge ）
发多个帧信息， 而且所有的端口都可以同时收发信 息。 路由器 （Router ） （5）
Ethernet 之中。按照网络的拓扑结构， LAN 可以分
为总线型、 环形、 星型和树状型等。
LAN 技术涉及到介质接入控制方法、物理层
规范性能、 信号帧结构、 网络拓扑结构以及网络的 主要性能， 硬件设备则涉及到网络接口设备、 复用 设备、 中继器设备 （hub ） 、 网桥、 交换机、 路由器， 以 及网关设备等等， 传输介质也有各类电缆和光缆。 网络协议是支持网络运行的重要部分。 现有多 种协议分别支持多种 LAN 。这些协议有不同的规 范和原理， 而且是由不同的标准组织制定的， 例如 国际标准化组织 （ISO ： International Standard Orga， 美国国家标准协会 （ANSI ） ， 电气与电子 nization） 工程师协会 （IEEE ） 等等。当不同的 LAN 之间相连 时， 相关 LAN 的 Router 、 Gateway 等设备负责进行协 议转换。 而现在已 LAN 的速率最初在 10 Mbit / s 以下， 从 10 Mbit / s 上升到 100 Mbit / s， 甚至达 10 Gbit / s。 拓扑结构也有 CSMA / CD 总线 结 构 、 令 牌 总 线 方 式、 令牌环路方式和星型结构等多种。2.1信号形式