以太網。指Xerox公司建立并由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶局域網規范。以太網使用CSMA/CD(載波監測多路瀏覽和沖突檢測技術)技術,以10M/S的速度運行在各種類型的電纜上。以太網類似于IEEE802.3系列標準。
它不是一個特定的網絡,而是一個技術標準。
以太網是當今局域網最常用的通信協議標準。本標準定義了局域網(LAN)電纜類型及信號處理方法。以太網在互聯設備之間以10~100Mbps的速率傳輸信息包,雙絞線電纜100 Base T以太網因其低成本、高可靠性和10Mbps速率而成為應用最廣泛的以太網技術。直接擴展的無線以太網可以達到11mbps,很多制造商提供的產品都可以選擇通用軟件協議進行通信,開放式最好。
△ 以太網連接
拓撲結構:
總線型:所需電纜少,價格便宜,管理成本高,不易隔離故障點,選擇互通瀏覽機制,容易造成網絡擁堵。早期以太網采用總線拓撲結構,采用同軸電纜作為傳輸介質,連接簡單,通常不需要小型網絡中的特殊網絡設備,但由于其固有缺陷,逐漸被以集線器和交換機為核心的星形網絡所取代。
星形:管理方便,易于擴展,需要特殊的網絡設備作為網絡的核心節點,需要更多的網絡線路,對核心設置的可靠性要求很高。以專用網絡設備(如集線器或交換機)為核心節點,局域網主機通過雙絞線連接到核心節點,形成星形結構。雖然星形網絡比總線型需要更多的電纜,但布線和連接器比總線型更便宜。此外,星形拓撲通過級聯將網絡擴展到大規模非常方便,因此得到了廣泛的應用,并被大多數以太網采用。
傳輸介質:
以太網可以使用多種連接介質,包括同軸電纜、雙絞線和光纖。雙絞線主要用于從主機到集線器或交換機的連接,而光纖主要用于交換機之間的水平連接和交換機到路由器之間的點到點連接。同軸電纜作為早期的主要連接介質,已逐漸被淘汰。
接口工作模式:
以太網卡可以在兩種模式下工作:半雙工和雙工。
半雙工:半雙工傳輸模式實現以太網載波監控多瀏覽沖突檢測。傳統的共享LAN是在半雙工下工作的,只能同時從一個角度傳輸數據。當兩個方向的數據同時傳輸時,就會發生沖突,降低以太網的效率。
雙工:雙工傳輸采用點對點連接,這種安排沒有矛盾,因為它在雙絞線中使用兩條獨立的線路,這意味著帶寬沒有安裝新介質。例如,在上述車站之間增加了一條并行鐵軌,兩列火車將雙向通行。在雙全工模式下,不能使用矛盾檢測電路,因此每個雙全工連接只使用一個端口,用于點對點連接。標準以太網的傳輸效率可達50%~60%雙全工在兩個方向提供100個帶寬%的效率。
△ 以太網的工作原理
以太網選擇帶沖突檢測的載波幀聽多路瀏覽(CSMA/CD)機制。以太網中的節點可以看到網絡中發送的所有信息,所以我們說以太網是一種廣播網絡。以太網的工作過程如下:
當以太網中的一個主機主要傳輸數據時,它將遵循以下流程:
1、幀輕信道上是否有信號傳輸。如果是這樣,說明信道處于忙碌狀態,繼續幀聽,直到信道空閑為止。
2、如果沒有幀聽到任何信號,則傳輸數據
3、傳輸時繼續幀聽。如果發現矛盾,執行退出算法。隨機等待一段時間后,重新執行步驟1(當矛盾發生時,涉及矛盾的計算機會發送擁塞序列,以警告所有節點)
4、若未發現矛盾,則發送成功,計算機將返回幀輕信道狀態。
注:每臺計算機一次只允許發送一個包。在嘗試再次傳輸數據之前,所有計算機必須在最后一次發送后等待9.6微秒(以10Mbps運行)。
△ 幀結構
以太網幀簡述:
以太網的幀是數據鏈路層的封裝,傳輸層的數據包被添加到幀頭和幀尾,可以被數據鏈路層識別為數據幀(成幀)。雖然幀頭和幀尾使用的字節數是固定的,但以太網的長度也隨著封裝數據包大小的差異而變化,其范圍為64~1518字節(不算8字節的前導字)。
△ 沖突/沖突域
矛盾(Collision):在以太網中,當兩個數據幀同時發送到物理傳輸介質并完全或部分重疊時,就會發生數據沖突。當沖突發生時,物理網段上的數據不再有效。
沖突域:所有發送的幀都可以在同一沖突域的每個節點收到。
影響矛盾的因素:矛盾是決定以太網性能的關鍵因素,因為矛盾的存在促使傳統以太網負荷超過40%時間,效率會明顯下降。沖突的原因有很多,比如沖突領域的節點越多,沖突的可能性就越大。此外,如數據分組的長度(以太網的最大幀長度為1518字節)、網絡直徑等因素也會影響矛盾的產生。因此,當以太網規模增大時,必須采取措施調整矛盾的傳播。一般的方法是利用網橋和交換機將網絡分段,將一個大的沖突域劃分為幾個小的沖突域。
△ 廣播/廣播域
廣播:在數據傳輸中,向所有連接的節點發送信息稱為廣播。
廣播域:網絡中可接收任何設備發出的廣播幀的所有設備集合。
廣播與廣播領域的區別:廣播網絡是指無論幀是否發送到這些節點,無論網絡中的所有節點都能收到傳輸的數據幀。非目的節點的主機雖然收到了數據幀,但沒有處理。
廣播是指由廣播幀組成的數據流。這些廣播幀以廣播地址(每個地址為“1”)為目的地址,通知網絡中的所有計算機接收和處理此幀。
△ 共享式以太網
共享以太網的典型代表是使用10Base2/10Base5的總線網絡和以集線器(集線器) 以設備為核心的星形網絡。在使用集線器的以太網中,集線器將許多以太網設備集中在一個中央設備中,這些設備連接到集線器中相同的物理總線結構中。從本質上講,以集線器為核心的以太網與原來的總線以太網沒有根本的區別。
集線器的工作原理:
集線器不處理或檢查其上的通信量,只通過重復向其他端口發送一個端口接收的信號來擴展物理介質。所有連接到集線器的設備共享相同的介質,結果是它們也共享相同的沖突領域、廣播和帶寬。因此,集線器及其連接的設備形成了一個單一的沖突域。如果一個節點發出一個廣播信息,集線器會將廣播傳播給所有與它相連的廣播 節點,所以它也是一個單一的廣播域。
集線器的工作特點:
集線器主要用于小型以太網,因為集線器通常使用外部電源(有源)來放大其接收的信號。在某些地方,集線器也被稱為“多端口中繼器”。
集線器和中繼器一樣,都是在物理層工作的網絡設備。
共享以太網的缺點:因為所有的節點都連接到相同的沖突領域,所有的節點都可以接受這個幀,無論一個幀從哪里來或去哪里。隨著節點的增加,大量的沖突將導致網絡性能的急劇下降。集線器只能同時傳輸一個數據幀,這意味著集線器 所有有端口都應共享同一帶寬。
△ 交換式以太網
交換式結構:
在交換式以太網中,交換機根據收到的數據幀中的MAC地址確定數據幀應發送到交換機的哪個端口。由于端口之間的幀傳輸相互屏蔽,節點不害怕自己發送的幀是否會與交換機后其他節點發送的幀發生沖突。
為什么要用交換網絡代替共享網絡:
·減少矛盾:交換機將矛盾阻擋在每個端口(每個端口都是一個沖突域),避免了矛盾的傳播。
·提高帶寬:接入