以太网。指Xerox公司建立并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网使用CSMA/CD(载波监测多路浏览和冲突检测技术)技术,以10M/S的速度运行在各种类型的电缆上。以太网类似于IEEE802.3系列标准。
它不是一个特定的网络,而是一个技术标准。
以太网是当今局域网最常用的通信协议标准。本标准定义了局域网(LAN)电缆类型及信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传输信息包,双绞线电缆100 Base T以太网因其低成本、高可靠性和10Mbps速率而成为应用最广泛的以太网技术。直接扩展的无线以太网可以达到11mbps,很多制造商提供的产品都可以选择通用软件协议进行通信,开放式最好。
△ 以太网连接
拓扑结构:
总线型:所需电缆少,价格便宜,管理成本高,不易隔离故障点,选择互通浏览机制,容易造成网络拥堵。早期以太网采用总线拓扑结构,采用同轴电缆作为传输介质,连接简单,通常不需要小型网络中的特殊网络设备,但由于其固有缺陷,逐渐被以集线器和交换机为核心的星形网络所取代。
星形:管理方便,易于扩展,需要特殊的网络设备作为网络的核心节点,需要更多的网络线路,对核心设置的可靠性要求很高。以专用网络设备(如集线器或交换机)为核心节点,局域网主机通过双绞线连接到核心节点,形成星形结构。虽然星形网络比总线型需要更多的电缆,但布线和连接器比总线型更便宜。此外,星形拓扑通过级联将网络扩展到大规模非常方便,因此得到了广泛的应用,并被大多数以太网采用。
传输介质:
以太网可以使用多种连接介质,包括同轴电缆、双绞线和光纤。双绞线主要用于从主机到集线器或交换机的连接,而光纤主要用于交换机之间的水平连接和交换机到路由器之间的点到点连接。同轴电缆作为早期的主要连接介质,已逐渐被淘汰。
接口工作模式:
以太网卡可以在两种模式下工作:半双工和双工。
半双工:半双工传输模式实现以太网载波监控多浏览冲突检测。传统的共享LAN是在半双工下工作的,只能同时从一个角度传输数据。当两个方向的数据同时传输时,就会发生冲突,降低以太网的效率。
双工:双工传输采用点对点连接,这种安排没有矛盾,因为它在双绞线中使用两条独立的线路,这意味着带宽没有安装新介质。例如,在上述车站之间增加了一条并行铁轨,两列火车将双向通行。在双全工模式下,不能使用矛盾检测电路,因此每个双全工连接只使用一个端口,用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达50%~60%双全工在两个方向提供100个带宽%的效率。
△ 以太网的工作原理
以太网选择带冲突检测的载波帧听多路浏览(CSMA/CD)机制。以太网中的节点可以看到网络中发送的所有信息,所以我们说以太网是一种广播网络。以太网的工作过程如下:
当以太网中的一个主机主要传输数据时,它将遵循以下流程:
1、帧轻信道上是否有信号传输。如果是这样,说明信道处于忙碌状态,继续帧听,直到信道空闲为止。
2、如果没有帧听到任何信号,则传输数据
3、传输时继续帧听。如果发现矛盾,执行退出算法。随机等待一段时间后,重新执行步骤1(当矛盾发生时,涉及矛盾的计算机会发送拥塞序列,以警告所有节点)
4、若未发现矛盾,则发送成功,计算机将返回帧轻信道状态。
注:每台计算机一次只允许发送一个包。在尝试再次传输数据之前,所有计算机必须在最后一次发送后等待9.6微秒(以10Mbps运行)。
△ 帧结构
以太网帧简述:
以太网的帧是数据链路层的封装,传输层的数据包被添加到帧头和帧尾,可以被数据链路层识别为数据帧(成帧)。虽然帧头和帧尾使用的字节数是固定的,但以太网的长度也随着封装数据包大小的差异而变化,其范围为64~1518字节(不算8字节的前导字)。
△ 冲突/冲突域
矛盾(Collision):在以太网中,当两个数据帧同时发送到物理传输介质并完全或部分重叠时,就会发生数据冲突。当冲突发生时,物理网段上的数据不再有效。
冲突域:所有发送的帧都可以在同一冲突域的每个节点收到。
影响矛盾的因素:矛盾是决定以太网性能的关键因素,因为矛盾的存在促使传统以太网负荷超过40%时间,效率会明显下降。冲突的原因有很多,比如冲突领域的节点越多,冲突的可能性就越大。此外,如数据分组的长度(以太网的最大帧长度为1518字节)、网络直径等因素也会影响矛盾的产生。因此,当以太网规模增大时,必须采取措施调整矛盾的传播。一般的方法是利用网桥和交换机将网络分段,将一个大的冲突域划分为几个小的冲突域。
△ 广播/广播域
广播:在数据传输中,向所有连接的节点发送信息称为广播。
广播域:网络中可接收任何设备发出的广播帧的所有设备集合。
广播与广播领域的区别:广播网络是指无论帧是否发送到这些节点,无论网络中的所有节点都能收到传输的数据帧。非目的节点的主机虽然收到了数据帧,但没有处理。
广播是指由广播帧组成的数据流。这些广播帧以广播地址(每个地址为“1”)为目的地址,通知网络中的所有计算机接收和处理此帧。
△ 共享式以太网
共享以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线网络和以集线器(集线器) 以设备为核心的星形网络。在使用集线器的以太网中,集线器将许多以太网设备集中在一个中央设备中,这些设备连接到集线器中相同的物理总线结构中。从本质上讲,以集线器为核心的以太网与原来的总线以太网没有根本的区别。
集线器的工作原理:
集线器不处理或检查其上的通信量,只通过重复向其他端口发送一个端口接收的信号来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享相同的介质,结果是它们也共享相同的冲突领域、广播和带宽。因此,集线器及其连接的设备形成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个广播信息,集线器会将广播传播给所有与它相连的广播 节点,所以它也是一个单一的广播域。
集线器的工作特点:
集线器主要用于小型以太网,因为集线器通常使用外部电源(有源)来放大其接收的信号。在某些地方,集线器也被称为“多端口中继器”。
集线器和中继器一样,都是在物理层工作的网络设备。
共享以太网的缺点:因为所有的节点都连接到相同的冲突领域,所有的节点都可以接受这个帧,无论一个帧从哪里来或去哪里。随着节点的增加,大量的冲突将导致网络性能的急剧下降。集线器只能同时传输一个数据帧,这意味着集线器 所有有端口都应共享同一带宽。
△ 交换式以太网
交换式结构:
在交换式以太网中,交换机根据收到的数据帧中的MAC地址确定数据帧应发送到交换机的哪个端口。由于端口之间的帧传输相互屏蔽,节点不害怕自己发送的帧是否会与交换机后其他节点发送的帧发生冲突。
为什么要用交换网络代替共享网络:
·减少矛盾:交换机将矛盾阻挡在每个端口(每个端口都是一个冲突域),避免了矛盾的传播。
·提高带宽:接入