以太网技术-科能融合通信

以太网支持的传输媒体从最初的同轴电缆发展到双绞线和光缆。星型拓扑的出现使以太网技术上了一个新的台阶，获得迅速发展。从共享型以太网发展到交换型以太网，并出现了全双工以太网技术，致使整个以太网系统的带宽成十倍、百倍地增长，并保持足够的系统覆盖范围。以太网以其高性能、低价格、使用方便的特点继续发展。本文讨论10Mbit/s以太网技术，并对交换式以太网、快速以太网、千兆以太网加以简单介绍。

一、以太网的介质访问控制方式

以太网与前面讲过的交换式数据网有着很大差别。它的核心思想是利用共享的公共传输媒体。常规的共享媒体只以半双工的模式工作，网络在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，但不能同时发送和接收。直至1997年，全双工以太网才诞生。

以太网的媒体访问控制方式是以太网的核心技术，它决定了以太网的主要网络性质。

在公共总线或树型拓扑结构的局域网上，通常使用带碰撞检测的载波侦听多路访问技术(CSMA/CD)。CSMA/CD又可称为随机访问或争用媒体技术，它讨论网络上多个站点如何共享一个广播型的公共传输媒体，即解决“下一个该轮到谁往媒体上发送帧”的问题。对网络上任何站来说，不存在预知的或由调度来安排的发送时间，每一站的发送都是随机发生的。因为不存在用任何控制来确定该轮到哪一站发送，所以网上所有站都在时间上对媒体进行争用。

想利用CSMA/CD传输信息的工作站。首先要监听媒体，以确定是否有其他的站正在传播。如果媒体空闲，该工作站则可以传播。在同一时刻，两个或多个工作站都欲传输信息的情况是极有可能发生的。如果这种情况发生，将会引起冲突，双方传输的数据将变得杂乱不清，导致不能成功地接收。因此必须制定一个处理过程，以解决要发送信息的工作站当发现媒体忙时应怎样工作，以及当发生冲突时应怎样解决的问题。其规则是：

• 如果媒体空闲，则传输；

• 如果媒体忙，一直监听直到信道空闲，马上传输；

• 如果在传输中检测到冲突，立即取消传输；

• 冲突后，等待一段随机时间，然后再试图传输(重复第一步)。

二、以太网的协议结构和网络系统组成

1.协议结构

以太网的网络体系结构是以局域网的IEEE802参考模型为基础的。IEEE802参考模型与OSI的区别是：它用带地址的帧来传送数据，不存在中间交换，所以不要求路由选择,这样就不需要网络层了；在局域网中只保留了物理层和数据链路层，数据链路层分成2个子层，即媒体接入控制子层(MAC)和逻辑链路控制子层(LLC),如图9所示。

MAC子层负责媒体访问控制，以太网采用竞争方式，对于突发式业务，竞争技术是合适的。LLC子层负责没有中间交换节点的两个站之间的数据帧的传输。它不同于传统的链路层，即它还必须支持链路的多路访问特性；它可利用MAC子层来摆脱链路访问中的某些细节；它必须提供某些属于第3层的功能。所以LLC子层不但要有差错、流量控制，还需有复用、提供无连接的服务或面向连接的服务等功能。

在这里需要解释一下以太网的寻址问题。先考虑交换数据的要求，一般地说，通信涉及3个因素：进程、主机和网络。进程是进行通信的基本实体。从一个进程到另一个进程的数据传送过程是：首先将数据加给驻留该进程的主机，然后再送给另一个进程。这个概念暗示至少需要两级寻址。

• MAC地址：标识局域网上的一个站地址，即计算机硬件地址；

图9 IEEE802 参考模型与OSI的比较

• LLC地址：标识一个LLC用户，即进程在某一主机中的地址，也就是LLC子层上的服务访问点（SAP）。

这里MAC地址与网络上的物理连接点有关。LLC子层的SAP则与一个站内的特定用户有关。在某些情况下，SAP对应于一个主机进程，另一种情况.集中器的每个端口对应于唯一的SPA。

2. 以太网系统组成

以太网系统通常由集线器、网卡以及双绞线组成，如图10所示。

图10 以太网系统结构图

在以太网物理结构中，一个重要功能块是编码/译码模块；另一个重要的功能块称为“收发器”.它主要是往媒体发送和接收信号，并识别媒体是否存在信号和识别碰撞，一般置于网卡中。

集线器（HUB）的主要功能是媒体上信号的再生和定时，检测碰撞，端口扩展。

三、共享型以太网与交换型以太网

（1）共享型以太网存在的问题

• 共享型以太网由于会发生数据冲突，带宽由所有站点共同分割.随着站点增多，每个站点能够得到的带宽越少（为ioMbit/s/”，其中〃为站点数）.网络性能迅速下降；

• 同一时刻，只能有一个站点与服务器通信；

• LAN的覆盖范围受CSMA/CD的限制。

（2）交换型以太网的特点

①网络若采取以太网交换器，终端连接在以太网交换机上，分别独占10Mbit/s的端口速率，可以形成多个数据通道，没有数据冲突。只要交换机的端口空闲，就可同时实现多对终端的通信。系统的带宽为10Mbit/sXN(即LAN的高速率出口速率)。交换型集线器上平时所有端口都不连通，需要时可给予诸多站点同时建立多个收、发通道。如图11所示。

②交换机既隔离又连接了多个网段。