以太網(wǎng)的工作原理
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在今天的商務(wù)世界中，可靠、高效地獲取信息已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)所必不可少的重要資產(chǎn)。文件柜和堆積如山的文件已經(jīng)讓位于以電子方式存儲(chǔ)和管理信息的計(jì)算機(jī)。相距千里之遙的同事可以在瞬間共享信息，同一辦公場(chǎng)所的數(shù)百位員工可以同時(shí)查看網(wǎng)絡(luò)上的研究數(shù)據(jù)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是將這些元素粘合在一起的粘合劑。世界各地的公司通過(guò)公共互聯(lián)網(wǎng)可以彼此共享信息并與其客戶共享信息。全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)又稱(chēng)作“萬(wàn)維網(wǎng)”，借助它提供的服務(wù)，客戶可以在網(wǎng)絡(luò)上購(gòu)買(mǎi)圖書(shū)、衣服甚至是汽車(chē)，也可以將自己不再需要的上述物品放在網(wǎng)絡(luò)上拍賣(mài)。
在本文中，我們將深入介紹網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，尤其是以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，便于您理解所有計(jì)算機(jī)為何能夠相連的幕后機(jī)制。
網(wǎng)絡(luò)的作用
網(wǎng)絡(luò)使得兩臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠相互發(fā)送和接收信息。我們并不總是能夠意識(shí)到我們?cè)陬l繁訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的信息?；ヂ?lián)網(wǎng)可以說(shuō)是一個(gè)最顯著的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)例子，它將世界上數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的計(jì)算機(jī)連接在一起，但是在我們每天獲取信息時(shí)發(fā)揮作用的經(jīng)常是一些較小型的網(wǎng)絡(luò)。許多公共圖書(shū)館已經(jīng)將它們的卡片目錄換成了計(jì)算機(jī)終端，讀者可以更快、更容易地搜索圖書(shū)。機(jī)場(chǎng)設(shè)置了眾多的顯示屏，向旅客告知到港航班和離港航班的信息。許多零售店也使用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)來(lái)處理POS事務(wù)。在上述情況下，都是網(wǎng)絡(luò)將位于多個(gè)位置的不同設(shè)備連接在一起，便于人們?cè)L問(wèn)某個(gè)共享的數(shù)據(jù)庫(kù)。
在介紹以太網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)之前，我們必須首先了解一些基本術(shù)語(yǔ)及其解釋?zhuān)鼈兠枋隽瞬煌木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其相互間的差異——下面就讓我們開(kāi)始吧！
局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)
我們可將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)劃分為以下兩組基本技術(shù)之一：局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，可在相對(duì)較近的距離內(nèi)（通常在同一個(gè)建筑物內(nèi)）將許多設(shè)備連接在一起。圖書(shū)館中用來(lái)顯示圖書(shū)信息的終端計(jì)算機(jī)便可連接到局域網(wǎng)上。廣域網(wǎng)（WAN）技術(shù)，可將相距幾十公里的設(shè)備連接在一起，但能夠連接的設(shè)備數(shù)量較少。例如，如果兩個(gè)位于城市兩端的圖書(shū)館希望共享圖書(shū)目錄信息，那么便可以使用廣域網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行連接，這可能需要從當(dāng)?shù)仉娫捁咀庥靡粭l專(zhuān)線來(lái)專(zhuān)門(mén)傳輸它們的數(shù)據(jù)。
與廣域網(wǎng)相比，局域網(wǎng)的速度更快，也更為可靠，但是技術(shù)的不斷發(fā)展已經(jīng)使它們之間的界限變得越來(lái)越模糊。借助光纖，可使用局域網(wǎng)技術(shù)連接相距數(shù)十公里遠(yuǎn)的設(shè)備，同時(shí)還能極大地提升廣域網(wǎng)的速度和可靠性。
以太網(wǎng)
1973年，施樂(lè)（Xerox）公司Palo Alto研究中心（通常稱(chēng)作PARC）的研究人員Bob Metcalfe設(shè)計(jì)并測(cè)試了第一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)時(shí)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)將施樂(lè)的“Alto”計(jì)算機(jī)連接到一臺(tái)打印機(jī)，Metcalfe開(kāi)發(fā)了用于連接以太網(wǎng)上設(shè)備的電纜連接物理方法，以及用于控制電纜上數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，以太網(wǎng)已經(jīng)成為了世界上最流行和應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。以太網(wǎng)涉及的許多問(wèn)題也是其他許多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所要解決的問(wèn)題，了解以太網(wǎng)解決這些問(wèn)題的方法可以從整體上幫助你改善對(duì)網(wǎng)絡(luò)的理解。
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的日益成熟，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展出一些新的技術(shù)，但是目前所有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制仍然來(lái)源于Metcalfe的原始設(shè)計(jì)。在原始的以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備共享單根電纜進(jìn)行通訊。設(shè)備連接到該電纜，便能夠與其他連接的設(shè)備通信。這樣，可以在不對(duì)網(wǎng)絡(luò)上現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行任何修改的情況下擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)以接納新設(shè)備。
以太網(wǎng)基本知識(shí)
以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)一般分布在一座大樓中，所連接的設(shè)備通常距離較近。以太網(wǎng)設(shè)備之間的電纜最多長(zhǎng)幾百米，因此它不適用于連接地理位置分散的多個(gè)地點(diǎn)。但現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步極大提升了以太網(wǎng)的連接距離，今天人們已能夠建立相距數(shù)十公里遠(yuǎn)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
協(xié)議
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連接而言，協(xié)議這一術(shù)語(yǔ)指的是用于控制通信的一組規(guī)則。協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)的意義就如同語(yǔ)言對(duì)于人類(lèi)的意義。由于本文使用中文撰寫(xiě)，要理解文章的內(nèi)容你必須能夠讀懂中文。類(lèi)似地，網(wǎng)絡(luò)上的兩臺(tái)設(shè)備要想成功通信，必須都理解相同的協(xié)議。
以太網(wǎng)術(shù)語(yǔ)
以太網(wǎng)遵循一組控制其基本操作的簡(jiǎn)單規(guī)則。為了更好地理解這些規(guī)則，了解基本的以太網(wǎng)術(shù)語(yǔ)十分重要。
介質(zhì)——以太網(wǎng)設(shè)備連接到一個(gè)公共介質(zhì)上，該介質(zhì)為電氣信號(hào)的傳輸提供了一條路徑。歷史上一直使用同軸銅電纜作為傳輸介質(zhì)，但是目前雙絞線或光纖更為多見(jiàn)。
網(wǎng)段——我們將單個(gè)共享介質(zhì)稱(chēng)作一個(gè)以太網(wǎng)段。
節(jié)點(diǎn)——連接到網(wǎng)段的設(shè)備稱(chēng)作站點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)。
幀——節(jié)點(diǎn)使用稱(chēng)作幀的簡(jiǎn)短消息進(jìn)行通信，幀是大小不固定的信息塊。
幀類(lèi)似于人類(lèi)語(yǔ)言中的句子。在中文里，我們構(gòu)造句子時(shí)會(huì)有一些規(guī)則，例如每個(gè)句子必須包含主語(yǔ)和謂語(yǔ)。以太網(wǎng)協(xié)議也規(guī)定了用于構(gòu)造幀的一組規(guī)則。對(duì)于幀的最大和最小長(zhǎng)度有明確規(guī)定，而且?guī)斜仨毎唤M必需的信息段。例如，每個(gè)幀必須包括目標(biāo)地址和源地址，它們分別指出了消息的接收方和發(fā)送方。通過(guò)地址可標(biāo)識(shí)唯一的節(jié)點(diǎn)，就像通過(guò)姓名可找出某個(gè)人一樣。任何兩個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備都不應(yīng)具有相同的地址。
由于以太網(wǎng)介質(zhì)上的信號(hào)能夠到達(dá)所有連接的節(jié)點(diǎn)，因此目標(biāo)地址對(duì)識(shí)別幀的目標(biāo)接收方來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
例如，在上圖中，如果計(jì)算機(jī)B向打印機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)A和D也可以接收和查看幀。但是，在站點(diǎn)收到幀后，它會(huì)首先檢查幀的目標(biāo)地址，看看該幀是否是發(fā)送給自己的。如果不是，站點(diǎn)會(huì)丟棄該幀，而不會(huì)查看其內(nèi)容。
以太網(wǎng)地址的一件有趣的事情是它存在廣播地址。如果幀的目標(biāo)地址為廣播地址（簡(jiǎn)稱(chēng)為一個(gè)廣播），則說(shuō)明它是發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)的，于是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收和處理這種類(lèi)型的幀。
以太網(wǎng)中的CSMA/CD是什么意思？
“CSMA/CD”的意思是帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)，它描述了以太網(wǎng)協(xié)議控制節(jié)點(diǎn)間通信的方法。這個(gè)詞看起來(lái)有些復(fù)雜，但如果我們將它分解幾個(gè)小概念，便會(huì)發(fā)現(xiàn)它描述的規(guī)則十分類(lèi)似于人們?cè)谶M(jìn)行彬彬有禮的談話時(shí)所使用的規(guī)則。為了有助于描述以太網(wǎng)的操作，我們使用飯桌上的對(duì)話作為類(lèi)比。
我們將以太網(wǎng)段表示為飯桌，讓幾個(gè)代表節(jié)點(diǎn)的人坐在飯桌旁邊很有禮貌地進(jìn)行談話。多路訪問(wèn)這個(gè)術(shù)語(yǔ)涵蓋了我們上面討論的內(nèi)容：在一個(gè)以太網(wǎng)站點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，介質(zhì)上的所有站點(diǎn)都會(huì)聽(tīng)到該傳輸行為，就像飯桌上一個(gè)人在講話時(shí)，所有人都能夠聽(tīng)到他（她）的講話一樣。
現(xiàn)在，假設(shè)你也坐在桌旁而且有話想說(shuō)。但是，當(dāng)時(shí)我正在講話。由于這是一次很有禮貌的談話，因此你不應(yīng)立即開(kāi)口講話并打斷別人，而是等到我講完后再開(kāi)口。剛才描述的情況在以太網(wǎng)協(xié)議中稱(chēng)為載波偵聽(tīng)。在站點(diǎn)開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)之前，它會(huì)“偵聽(tīng)”介質(zhì)來(lái)確定其他站點(diǎn)是否正在進(jìn)行傳輸。如果介質(zhì)上很安靜，站點(diǎn)便認(rèn)為現(xiàn)在是一個(gè)適于傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間。
沖突檢測(cè)
載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)為控制會(huì)話提供了一個(gè)好的起點(diǎn)，但是仍然有一個(gè)難題需要解決。讓我們回到用來(lái)類(lèi)比的飯桌談話上，想想談話中有片刻寂靜的情況。你和我都有一些話想說(shuō)，我們都在發(fā)生片刻寂靜時(shí)“偵聽(tīng)到了載波”，所以我們幾乎同時(shí)開(kāi)始講話。用以太網(wǎng)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，我們同時(shí)講話時(shí)會(huì)發(fā)生沖突。
在談話時(shí)，我們可以很好地處理這種情況。在我們講話的同時(shí)，都聽(tīng)到了對(duì)方也在講話，因此我們都停止了講話，以便對(duì)方能夠繼續(xù)。以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)偵聽(tīng)介質(zhì)，確保它是在該時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ徽军c(diǎn)。如果站點(diǎn)聽(tīng)到它自己傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以一種混亂的形式返回（如果其他站點(diǎn)也同時(shí)開(kāi)始傳輸它們自己的消息便會(huì)發(fā)生這種情況），那么就知道發(fā)生了沖突。有時(shí)，我們將單個(gè)以太網(wǎng)段稱(chēng)作一個(gè)沖突區(qū)域，因?yàn)榫W(wǎng)段上的任何兩個(gè)站點(diǎn)都無(wú)法在不產(chǎn)生沖突的情況下同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。如果站點(diǎn)檢測(cè)到?jīng)_突，它們會(huì)停止傳輸數(shù)據(jù)，等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間長(zhǎng)度，然后在檢測(cè)到介質(zhì)歸于平靜之后嘗試再次傳輸數(shù)據(jù)。
隨機(jī)暫停并重試是協(xié)議的重要組成部分。如果兩個(gè)站點(diǎn)在進(jìn)行傳輸時(shí)發(fā)生沖突，那么它們都需要重新進(jìn)行傳輸。在適于傳輸數(shù)據(jù)的下一個(gè)時(shí)間，上次發(fā)生沖突的兩個(gè)站點(diǎn)都會(huì)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)以便進(jìn)行傳輸。如果它們?cè)诘谝淮螜C(jī)會(huì)來(lái)到時(shí)再次傳輸了數(shù)據(jù)，那么很可能無(wú)限期地一次又一次發(fā)生沖突。而隨機(jī)延遲則可以使任何兩個(gè)站點(diǎn)都不會(huì)連續(xù)發(fā)生多次沖突。
以太網(wǎng)的缺點(diǎn)
單根共享電纜可作為一個(gè)完整以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。但在單根共享電纜的情況下，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的大小實(shí)際上存在一定的限制。主要原因在于共享電纜的長(zhǎng)度。
電氣信號(hào)可以沿電纜飛快傳播，但是它們的行程卻不長(zhǎng)，而且臨近設(shè)備（如熒光燈）的電氣干擾還會(huì)擾亂信號(hào)。要使設(shè)備能夠清楚地以最小延遲接收到對(duì)方發(fā)送的信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)電纜必須足夠短才行。這就限制了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上兩臺(tái)設(shè)備之間的最大距離（稱(chēng)作網(wǎng)絡(luò)直徑）。此外，按照CSMA/CD方式，在任一給定時(shí)間，只能有一臺(tái)設(shè)備傳輸信號(hào)，所以能夠共存于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備的數(shù)量實(shí)際也存在限制。如果太多設(shè)備連接到同一個(gè)共享網(wǎng)段上，它們之間爭(zhēng)用介質(zhì)的現(xiàn)象便會(huì)增加。在有機(jī)會(huì)傳輸數(shù)據(jù)之前，設(shè)備可能會(huì)等待非常長(zhǎng)的時(shí)間。
工程師們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)緩解這些難題。其中的許多設(shè)備并不是只針對(duì)以太網(wǎng)的，它們?cè)谄渌W(wǎng)絡(luò)技術(shù)中同樣可以發(fā)揮作用。
轉(zhuǎn)發(fā)器
最初廣泛使用的以太網(wǎng)介質(zhì)是被稱(chēng)作“粗電纜網(wǎng)”的銅制同軸電纜。這種電纜的最大長(zhǎng)度是500米。在大型建筑或校園環(huán)境中，500米長(zhǎng)的電纜經(jīng)常不足以連接所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但轉(zhuǎn)發(fā)器可以解決這個(gè)問(wèn)題。
轉(zhuǎn)發(fā)器連接多個(gè)以太網(wǎng)段并且偵聽(tīng)每個(gè)網(wǎng)段，同時(shí)將它在某個(gè)網(wǎng)段上聽(tīng)到的信號(hào)重復(fù)發(fā)送到與轉(zhuǎn)發(fā)器相連接的所有其他網(wǎng)段。使用多條電纜并將它們連接到轉(zhuǎn)發(fā)器，可以顯著延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)直徑。
網(wǎng)段劃分
在我們用飯桌進(jìn)行的比喻中，桌旁只有幾個(gè)人在進(jìn)行對(duì)話，任一給定時(shí)刻只能有一個(gè)人講話的規(guī)定便不會(huì)對(duì)交流形成大的障礙。但是假如有許多人坐在桌旁并且在任一時(shí)刻只允許有一個(gè)人講話，那又會(huì)怎么樣呢？
如果是這樣的話，上面的比喻肯定不再適用。實(shí)際上，有很多人參與的談話經(jīng)常會(huì)分成多個(gè)同時(shí)進(jìn)行的不同談話。在擁擠的房間內(nèi)或燒烤晚宴上，如果在任一時(shí)間只能有一個(gè)人講話，許多人會(huì)因等待說(shuō)話的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而感到沮喪。對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題會(huì)得到自行糾正：聲音的傳輸范圍有限，而耳朵善于從環(huán)境噪聲中捕捉住特定的談話。因此，在聚會(huì)時(shí)，同一個(gè)房間的人很容易分成多個(gè)小組進(jìn)行談話。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)電纜可以快捷、高效地長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)，所以不會(huì)出現(xiàn)上面這種自然而然的分組情況。
隨著規(guī)模的擴(kuò)大，以太網(wǎng)會(huì)面臨堵塞問(wèn)題。如果大量站點(diǎn)都連接到同一網(wǎng)段并且每個(gè)站點(diǎn)都產(chǎn)生許多網(wǎng)絡(luò)流量，那么在有機(jī)會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)有很多站點(diǎn)嘗試進(jìn)行傳輸操作。這種情況會(huì)使沖突越來(lái)越頻繁地產(chǎn)生，由此導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸無(wú)法正常進(jìn)行，完成一次成功的傳輸需要花費(fèi)難以想象多的時(shí)間。減少堵塞的一種方法是：將單個(gè)網(wǎng)段劃分為多個(gè)網(wǎng)段，從而形成多個(gè)沖突區(qū)域。這種解決辦法會(huì)造成另一個(gè)問(wèn)題，即這些分隔開(kāi)的網(wǎng)段無(wú)法相互共享信息。
網(wǎng)橋
還記得以太網(wǎng)的多路訪問(wèn)和共享介質(zhì)意味著線路上的所有站點(diǎn)會(huì)收到所有傳輸數(shù)據(jù)并檢查自己是否是目標(biāo)接收方嗎？網(wǎng)橋便利用這個(gè)特性在各個(gè)網(wǎng)段間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。在上圖中，網(wǎng)橋?qū)⒕W(wǎng)段1和網(wǎng)段2連接在一起。如果站點(diǎn)A或B要發(fā)送數(shù)據(jù)，網(wǎng)橋?qū)⑹盏骄W(wǎng)段1上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，它應(yīng)如何響應(yīng)該流量呢？它可以像轉(zhuǎn)發(fā)器一樣自動(dòng)將該幀發(fā)送到網(wǎng)段2上，但是這并不能減輕堵塞現(xiàn)象，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在的行為與單個(gè)長(zhǎng)網(wǎng)段沒(méi)有區(qū)別。
網(wǎng)橋的目標(biāo)在于減少兩個(gè)網(wǎng)段上不必要的網(wǎng)絡(luò)流量。為了做到這一點(diǎn)，在決定如何處理幀之前，它會(huì)檢查幀的目標(biāo)地址。如果目標(biāo)地址是站點(diǎn)A或B，那么便無(wú)需將幀發(fā)送到網(wǎng)段2上。因此，網(wǎng)橋不會(huì)執(zhí)行任何操作。我們可以說(shuō)，網(wǎng)橋過(guò)濾或丟棄了該幀。如果目標(biāo)地址是站點(diǎn)C或D，或者是一個(gè)廣播地址，那么網(wǎng)橋會(huì)將該幀傳輸（或者說(shuō)轉(zhuǎn)發(fā)）到網(wǎng)段2。通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)了上圖中所有四臺(tái)設(shè)備的相互通信。此外，由于網(wǎng)橋可以根據(jù)需要過(guò)濾掉數(shù)據(jù)包，在站點(diǎn)A向站點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，站點(diǎn)C也可以向站點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，兩個(gè)對(duì)話可以同時(shí)進(jìn)行！
交換機(jī)是比網(wǎng)橋更先進(jìn)的類(lèi)似產(chǎn)品，它不僅功能與網(wǎng)橋相當(dāng)，而且為網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)提供了一個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)段。
為了解決網(wǎng)絡(luò)分段造成的問(wèn)題，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用了網(wǎng)橋。網(wǎng)橋可將兩個(gè)（或更多）網(wǎng)段連接在一起，與轉(zhuǎn)發(fā)器一樣能夠提高網(wǎng)絡(luò)直徑，但是網(wǎng)橋的不同之處在于它還有助于控制網(wǎng)絡(luò)流量。網(wǎng)橋可以發(fā)送和接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這和其他任何節(jié)點(diǎn)一樣，但是它在功能上與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)并不相同。網(wǎng)橋不會(huì)產(chǎn)生任何自己的流量，因?yàn)樗c轉(zhuǎn)發(fā)器相同，只是重復(fù)它從其他站點(diǎn)那里聽(tīng)到的內(nèi)容。（最后一句的表述并不完全準(zhǔn)確：網(wǎng)橋會(huì)產(chǎn)生一種特殊的以太網(wǎng)幀，使得它們能夠與其他網(wǎng)橋進(jìn)行通信，但是這并不屬于本文的討論范疇。） 以太網(wǎng)介質(zhì)
路由器
網(wǎng)橋允許不同網(wǎng)段同時(shí)進(jìn)行對(duì)話，從而減少了網(wǎng)絡(luò)擁堵，但是它們?cè)趯?duì)流量進(jìn)行分段方面存在一些局限。
網(wǎng)橋的一個(gè)重要特征便是：它會(huì)向所有連接的網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)廣播。這種行為很有必要，因?yàn)橐蕴W(wǎng)廣播的目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)，但是對(duì)于過(guò)于龐大的網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)，這種做法也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。如果網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)中的大量站點(diǎn)都發(fā)送廣播，與所有這些設(shè)備處于同一個(gè)網(wǎng)段中一樣，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)擁堵。
路由器是一種高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以將單個(gè)網(wǎng)絡(luò)從邏輯上劃分為兩個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)。盡管以太網(wǎng)廣播可以通過(guò)網(wǎng)橋到達(dá)網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)，但是它們無(wú)法通過(guò)路由器，因?yàn)槁酚善餍纬闪司W(wǎng)絡(luò)的邏輯邊界。
路由器所基于的協(xié)議獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如以太網(wǎng)或下文要討論的令牌環(huán)網(wǎng)）。它可以將使用不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)（不論是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)）輕松連接在一起。因此，它在將世界各地的設(shè)備連接到全球互聯(lián)網(wǎng)的工作中得到了廣泛應(yīng)用。
請(qǐng)參見(jiàn)路由器工作原理查看對(duì)該技術(shù)的詳細(xì)討論。
交換以太網(wǎng)
從外表看起來(lái)，現(xiàn)代以太網(wǎng)經(jīng)常完全不同于其歷史前輩。早期以太網(wǎng)中使用長(zhǎng)長(zhǎng)的同軸電纜來(lái)連接多個(gè)站點(diǎn)，而現(xiàn)代化的以太網(wǎng)則使用雙絞線或光纖以放射模式連接站點(diǎn)。早期以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度為每秒10M，而現(xiàn)代以太網(wǎng)的傳輸速度為100或1,000M！
也許現(xiàn)代以太網(wǎng)中最振奮人心的技術(shù)進(jìn)展應(yīng)該是交換以太網(wǎng)的使用。交換以太網(wǎng)用針對(duì)每個(gè)站點(diǎn)的專(zhuān)用網(wǎng)段取代了早期以太網(wǎng)的共享介質(zhì)。這些網(wǎng)段連接到一臺(tái)交換機(jī)，該交換機(jī)工作起來(lái)非常類(lèi)似于網(wǎng)橋，但是它可以連接眾多的單站點(diǎn)網(wǎng)段。今天的某些交換機(jī)可支持?jǐn)?shù)百個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)段。網(wǎng)段上的設(shè)備只有交換機(jī)和終端站點(diǎn)，因此站點(diǎn)發(fā)送的所有數(shù)據(jù)到達(dá)另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之前，交換機(jī)都可以首先得到它。然后，交換機(jī)會(huì)將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的網(wǎng)段，這與網(wǎng)橋的作用一樣，但是因?yàn)樗芯W(wǎng)段都只包含一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以只有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠接收到該幀。這樣在一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)上就可以同時(shí)進(jìn)行許多對(duì)話。
全雙工以太網(wǎng) 以太網(wǎng)的交換技術(shù)催生了另一項(xiàng)技術(shù)，即全雙工以太網(wǎng)。全雙工是一個(gè)數(shù)據(jù)通信術(shù)語(yǔ)，指的是能夠同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 早期以太網(wǎng)是半雙工的，也就是說(shuō)在一個(gè)時(shí)間只能沿一個(gè)方向移動(dòng)數(shù)據(jù)。在徹底的交換網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)只能與交換機(jī)通信，而且永遠(yuǎn)不會(huì)與其他節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行通信。此外，交換網(wǎng)絡(luò)還使用雙絞線或光纖，它們?cè)诎l(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)使用不同的導(dǎo)線。在這種類(lèi)型的環(huán)境中，以太網(wǎng)站點(diǎn)可以拋棄沖突檢測(cè)過(guò)程并根據(jù)自身需要隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈兪俏ㄒ荒軌蛟L問(wèn)介質(zhì)的設(shè)備。因此，在終端站點(diǎn)向交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，交換機(jī)也可以向站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，這就營(yíng)造了一個(gè)無(wú)沖突環(huán)境。 您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)“802.3”這個(gè)詞，它被用來(lái)取代以太網(wǎng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)或與其結(jié)合使用。“以太網(wǎng)”最初指的是按照Digital、英特爾和施樂(lè)公司的標(biāo)準(zhǔn)建立的網(wǎng)絡(luò)。（因此，它也稱(chēng)作DIX標(biāo)準(zhǔn)。） 1980年2月，電氣及電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）設(shè)立了一個(gè)委員會(huì)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。IEEE將該委員會(huì)稱(chēng)為802工作組，這是以它成立日期的年和月來(lái)命名的。802工作組的附屬委員會(huì)分別負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不同方面。IEEE使用802.X這樣的數(shù)字編號(hào)來(lái)區(qū)分各個(gè)附屬委員會(huì)，其中的X代表每個(gè)附屬委員會(huì)的唯一編號(hào)。802.3工作組對(duì)CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，該網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作方式與DIX以太網(wǎng)相同。 以太網(wǎng)和802.3在術(shù)語(yǔ)和幀的數(shù)據(jù)格式上略有不同，但是在大部分方面都完全相同。現(xiàn)在，以太網(wǎng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)已經(jīng)成為了對(duì)DIX以太網(wǎng)和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)稱(chēng)。 可替代以太網(wǎng)的最常見(jiàn)局域網(wǎng)技術(shù)是由IBM開(kāi)發(fā)的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，稱(chēng)作令牌環(huán)。以太網(wǎng)通過(guò)各次傳輸之間的隨機(jī)空隙來(lái)控制對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)，而令牌環(huán)網(wǎng)則采用一種嚴(yán)格的順序訪問(wèn)方法。令牌環(huán)網(wǎng)將節(jié)點(diǎn)在邏輯上排列為一個(gè)環(huán)形，如下圖所示。節(jié)點(diǎn)圍繞該環(huán)沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)發(fā)幀，并且在轉(zhuǎn)發(fā)一整圈后將該幀刪除。 令牌環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)不偵聽(tīng)載波信號(hào)或檢測(cè)沖突，使用令牌幀的目的就在于保證站點(diǎn)能夠發(fā)送數(shù)據(jù)幀而無(wú)需擔(dān)心其他站點(diǎn)的干擾。由于在沿著環(huán)傳遞令牌之前站點(diǎn)只能發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，所以環(huán)中的所有站點(diǎn)都會(huì)被輪到，從而能夠公平地輪流進(jìn)行通信。令牌環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率通常為4或16M。
以太網(wǎng)還是802.3？
令牌環(huán)
光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI）是另外一種令牌傳遞技術(shù)，它使用一對(duì)光纖環(huán)，兩個(gè)環(huán)以相反方向各自傳遞一個(gè)令牌。FDDI網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度為100M，這使它們成為了當(dāng)時(shí)最流行的高速網(wǎng)絡(luò)。但是隨著更便宜、更易于管理的100M以太網(wǎng)的出現(xiàn)，F(xiàn)DDI已經(jīng)日趨衰落。
異步傳輸模式
我們要介紹的最后一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是異步傳輸模式，即ATM。ATM網(wǎng)絡(luò)模糊了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的界限，它能夠連接多種不同設(shè)備，而且具有高可靠性和高速度，即便是橫跨整個(gè)國(guó)家/地區(qū)也是如此。ATM網(wǎng)絡(luò)不但適于傳輸數(shù)據(jù)，而且適于傳輸語(yǔ)音和視頻數(shù)據(jù)，因此用途廣泛且易于擴(kuò)展。ATM盡管并沒(méi)有像當(dāng)初預(yù)計(jì)那樣迅速地為人接受，但仍然是一種能滿足未來(lái)需要的可靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
以太網(wǎng)目前仍然受到廣泛歡迎。30年來(lái)，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)得到了整個(gè)行業(yè)的廣泛接受，它廣為人知并被人深刻理解；這使得其配置和故障排除過(guò)程都很輕松。隨著其他技術(shù)的不斷進(jìn)步，以太網(wǎng)也將與時(shí)俱進(jìn)，在速度和功能上更上一層樓。
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