以太網(wǎng)的工作原理

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。

以太網(wǎng)還是802.3？

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?，F(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)。

令牌環(huán)

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。

1. 通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)令牌來(lái)對(duì)該環(huán)進(jìn)行初始化，令牌是一種特殊類(lèi)型的幀，只有擁有令牌的站點(diǎn)能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。
2. 令牌與其他幀一樣在環(huán)中循環(huán)傳遞，直到它遇到一個(gè)希望發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)。
3. 然后，該站點(diǎn)“捕獲”令牌，方法是用一個(gè)攜帶數(shù)據(jù)的幀來(lái)替換令牌幀，該攜帶數(shù)據(jù)的幀將環(huán)繞網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。
4. 在數(shù)據(jù)幀返回發(fā)送它的站點(diǎn)后，該站點(diǎn)會(huì)刪除該數(shù)據(jù)幀，然后創(chuàng)建一個(gè)新令牌并將該令牌轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

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。

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。