電腦詞典/以太網 Ethernet

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【名稱】:以太網 Ethernet

【解釋】:  Ethernet 以太網 以太網系統最早是由施樂(Xerox)公司創建的,但在1980年,由DEC、Intel和Xerox共同開發成為一個標準。這個標準以開發者的開頭字母成為DIX以太網。電子電氣工程師協會(IEEE)802.3標準定義了一個與之類似,但稍有不同的網,它使用了另一種幀格式。(幀是通過一條鏈路傳輸的位流的結構和編碼)。因為IEEE802.3標準已被國際標準化組織(ISO)接納,所以我們在此就討論它。

       以太網有10Mbps的吞吐量,使用一種叫載波監聽的訪問方法,在這種方法中,所有工作站共享一根網路電纜,但同一時刻只有一台工作站可以使用電纜。電纜訪問的仲裁使用帶衝突檢測的載波監聽多路訪問方法(CSMA/CD)。

       IEEE 802.3委員會負責定義OSI協議棧中的物理層。這一層被分為兩個子層:介質訪問控制(MAC)子層和數據鏈路子層。CSMA/CD,令牌環和令牌總線網位於MAC層,數據鏈路子層可作為一個橋接器,必要時在網間傳送信息分組。這方面內容在本書前面的“OSI模型中的數據鏈路層”條目中有描述。

       除了1Base-5外、IEEE 802.3標準的各種改進都有10Mbps的傳輸速度。1Base-5傳輸率為1Mpbs,但其雙絞線段更長,在單個擴展的局域網(LAN)中可以連接多達8,000個工作站。由於通用性的考慮,本書只討論10Base-5,10Base-2和10Base-T這幾種拓撲結構,但所有的拓撲結構都在下面列出。注意名字的第一個數字是指以Mbps為單位的速度,最後一個數字表示每段的長度(單位是100米),Base代表基帶而Broad表示寬帶。

       10Base-5 最大段長度為500米的同軸電纜,使用基帶傳輸方法。

       10Base-2 最大段長度為185米的同軸電纜(RG-58A/U),使用基帶傳輸方法。

       10Base-T 最大段長度100米的雙絞線電纜。

       1Base-5 最大段長度500米,最大傳輸率為1Mbps的雙絞線電纜。

       10Broad-36最大段長度3,600米,使用寬帶傳輸方法的同軸電纜(RG-59A/UCATV類型)。

       10Base-F 支持長達4公里的光纜主幹網,傳輸率10Mbps。EIA/TIA已驗證這種電纜適於在其商用建築佈線標準(CBWS)中進行校園建築間的交叉連結。

       100Base-X 一種新的以太網標準,支持100Mbps的吞吐量,並在分層雙絞線佈線配置上使用當前的CSMA/CD訪問方法。

       100VG-AnyLAN 一種新的以太網標準,支持100Mbps的吞吐量,並在分層雙絞線佈線配置上使用一種新的叫做需求優先(demand priority)的訪問方法。

       除了新的100VG-AnyLAN標準以外,802.3以太網的拓撲結構都是使用CSMA/CD訪問方法的線性總線。在同軸電纜以太網的實現中,工作站的連接是一種菊花鏈的方式,如圖E-8左邊所示,將每個站間的電纜段連接起來,這些段形成一個整體的。大型電纜系統,叫幹線(trunk)。以太網的雙絞線版本(10Base-T)則配置成星形拓撲結構,每個工作站的分支電纜都連到中央佈線集線器上,如圖E-8右部所示。

       Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection(CSMA/CD)帶有衝突檢測的載波監聽多路訪問(CSMA/CD)

       以太網適配器只有在獨佔電纜時,才能在共享網上傳輸信息分組。衝突檢測用於解決對電纜的同時訪問。當電纜空閒時,兩個站可能同時試圖訪問它。如果兩個站都開始傳送數據,就會產生一個衝突,其結果是數據破壞。使用CSMA/CD協議,檢測機制監聽到衝突時,兩個工作站都各自退避一個隨機時間後再進行傳輸嘗試。

       CSMA/CD方法在網上交通很輕時是有效的。當通信量增大時,更多的衝突將會發生。工作站一再退避和重發,而網路一直很忙。這種現象將會持續,逐步升級,從而導致性能下降和用戶可以覺察到的延遲。一個解決方法是,減少每個LAN段上的工作站數目。在需要交換式集線器的微分段技術中,少到甚至一個工作站就可以佔據一個段,這就徹底消除了爭用。

       衝突問題是對以太網段幹線長度進行限制的一個因素。最大長度是2.500米(1.5英里)。超過這個限制的幹線會因信號傳播的延遲而導致衝突檢測機制中的錯誤,因為處於過長電纜兩端的工作站,在同時訪問電纜時可能監聽不到另一個的訪問。這種多路訪問監聽的失敗會導致數據損失並會阻塞LAN網段。

       Segmentalion 分段

       分段是把一個以太網段分割成兩個或更多片段的過程。目的是減少與每個段相連的工作站數目,提高性能。通常單個段被分開並加入橋接器或路由器來連接這些片段,橋接器和路由器就管理網間的數據通信。

       當有新用戶特別是哪些要求高帶寬的用戶加入網路時,分段就受到特別的重視。視頻應用就需要幾乎所有帶寬。另外,視頻是直接實時的,必須優先傳遞,但這會降低其他用戶的性能。視頻用戶能夠共享他們自己的網段。

       NetWare、Windows for Workgroups、Windows NT和類似的操作系統都有內置路由選擇能力。每個置於服務器中的網路適配器都有一個單獨的LAN段,由操作系統管理段間數據通信。圖E-9是個安裝了兩個分別運行星形和總線拓撲結構以太網的網路接口卡的服務器。拓撲結構的選擇依賴於辦公環境的佈局和使用的電纜類型。

       過濾(Filtering)是分段方案的一個重要部分。一旦你分割了一個網路以減少通信量和提高性能,你就應該過濾信息分組,以減少不使用這些分組的網上的通信量。互聯網路橋接/路由方法的一個缺點就是橋接器和路由器在網間傳輸分組時引入了延遲。交換式集線器可以消除這種延遲問題。

       Enthernet Switching Hubs 以太網交換式集線器

       交換式集線器是在分段概念上的擴展,它在一個盒子中提供微分段。甚至一個工作站就可以有一條到服務器或其他設備的直接、非共享鏈路,這減少了爭用並保證了網上10Mbps的速率。有工程工作站或多媒體工作站的網路從交換式集線器提供的高傳輸率中獲益匪淺。

       交換式集線器是低等待(low-latency)設備,實行圖E-10所示的矩陣交換。許多交換式集線器使用高速專用連接與服務器相連,如100Mbps的FDDI接口,其原因是以太網標準的10Mbps吞吐量通常不足以處理到服務器的吞吐量。將一個以數個MIPS運行的多處理超級服務器與一個低速網相連是很荒謬的。注意圖E-10中的數字,FDDI的傳輸能力是100Mbps,圖中交換式集線器提供10個端口,每個端口是10Mbps,所以FDDI端口的100Mbps帶寬可以充分利用來處理同時進行傳輸操作的10台工作站。

       Enthernet at 100 Mbits/sec100MbpS級的以太網

       隨著多媒體、高清晰度電視、實時視頻以及結合了上述幾種形式的電子函件的廣泛應用,迫切需要臺式機有更高的帶寬。計算機輔助製造(CAM)和計算機輔助設計(CAD)用戶通常需要很高的帶寬,新興的應用,如圖像和文檔存儲也需要高帶寬。運行在100Mbps的以太網標準有兩個:

       100VG-AnyLAN以太網它由Novell,Microsoft、HP、AT&T及另外11個供應商提供支持,使用類似於10Base-T以太網使用的那種四線3型電纜,並使用一種叫做需求優先的新優先級方法。

       IEEE802.12委員會負責它的開發,參見“Ethernet 100VG-AnyLAN”。

       100Base-X以太網 它保留了CSMA/CD訪問方法,運行於非屏蔽雙絞線(UTP)5型數據級電纜上。IEEE802.3委員會現在負責其開發。

       電纜對100Mbps的以太網來說是很重要的。聲音級(VoiceGrade)電纜不適於快速以太網(Fast Ethernet)。100VG-Any LAN需要3型電纜(使用了電纜中所有4對線)。同樣要注意到光纖分佈式數據接口(FDDI)和銅纜分佈數字接口(CDDI)形式的局域網同樣可以提供100Mbps的傳輸率。然而,由於價格昂貴和實現上缺乏經驗,它們並未用於進行LAN連結。就日益增長的傳輸率趨勢來說,光纜會帶來長遠的利益。

       Frame Formats幀格式

       一個以太幀表示了在以太網上傳輸的數據分組的結構。它描述了分組中頭部、數據位的位置。你如果想在網上連一個協議分析器並監控網路的通信,那麼瞭解幀的類型是很重要的,你可通過它查看分組中內容。並對它們的統計結果進行整理,從而排除網上所出現的問題。

       以太網中有4種幀格式:

       Ethernet-Ⅱ最初的以太網幀格式。它分配了唯一的用於AppleTalk Phase I網,與DEC系統相連的網或與使用TCP/IP協議的計算機相連的網上的信息分組頭部。

       Ethernet-802.3這種幀格式通常用在Novell NetWare網中。

       Ethernet-802.2這種格式約定用在Novell NetWare4.x網中。

       Ethernet-SNAP 這種幀格式用於AppleTalk PhaseⅡ網上。

       在圖E-11中,上面是最初的Ethernet-Ⅱ幀,下面是IEEE802.3幀,這些幀中重要的域描述如下:

       前置同步信號(Preamble) 這個域標誌一幀的開始。

       開始幀定界符(SFD) 這個域提供一個指示IEEE802.3以太幀開始的附加域。

       目的和源地址 這些域存放源地址和目的地址。

       數據域長度(LEN)這個域指示了幀中數據部分的長度。

       循環冗餘檢驗和(CRC) 這個域存放一個由發送者在分組上計算出的值。接收者使用相同的計算方法比較是否產生了同樣的值,若不同,幀就被視為損壞,需要重傳。

       相關條目:Ethernet 10Base-2 10Base2以太網;Ethernet 10Base5 10Base-5以太網;Ethernet 10Base T 10Base-T以太網;Ethernet 100VG-AnyLAN 100VG-AnyLAN以太網;Fast Ethernet快速以太網。

【序號】:186

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