以太網是現實世界中最普遍的一種計算機網絡。以太網有兩類:第一類是經典以太網,第二類是交換式以太網,使用了一種稱為交換機的設備連接不同的計算機。經典以太網是以太網的原始形式,運行速度從3~10 Mbps不等;而交換式以太網正是廣泛應用的以太網,可運行在100、1000和10000Mbps那樣的高速率,分別以快速以太網、千兆以太網和萬兆以太網的形式呈現。 [1] 以太網的標準拓撲結構為總線型拓撲,但快速以太網(100BASE-T、1000BASE-T標準)為了減少沖突,將能提高的網絡速度和使用效率最大化,使用交換機來進行網絡連接和組織。如此一來,以太網的拓撲結構就成了星型;但在邏輯上,以太網仍然使用總線型拓撲和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,即載波多重訪問/碰撞偵測)的總線技術。
以太網實現了網絡上無線電系統(tǒng)多個節(jié)點發(fā)送信息的想法,每個節(jié)點必須獲取電纜或者信道的才能傳送信息,有時也叫作以太(Ether)。(這個名字來源于19世紀的物理學家假設的電磁輻射媒體-光以太。后來的研究證明光以太不存在。) 每一個節(jié)點有全球唯一的48位地址也就是制造商分配給網卡的MAC地址,以保證以太網上所有節(jié)點能互相鑒別。由于以太網十分普遍,許多制造商把以太網卡直接集成進計算機主板。
共享介質帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)技術規(guī)定了多臺計算機共享一個通道的方法。這項技術最早出現在1960年代由夏威夷大學開發(fā)的ALOHAnet,它使用無線電波為載體。這個方法要比令牌環(huán)網或者主控制網簡單。當某臺計算機要發(fā)送信息時,在以下行動與狀態(tài)之間進行轉換:
開始- 如果線路空閑,則啟動傳輸,否則跳轉到第4步。
發(fā)送- 如果檢測到沖突,繼續(xù)發(fā)送數據直到達到最小回報時間(min echo receive interval)以確保所有其他轉發(fā)器和終端檢測到沖突,而后跳轉到第4步。
成功傳輸- 向更高層的網絡協(xié)議報告發(fā)送成功,退出傳輸模式。
線路繁忙- 持續(xù)等待直到線路空閑。
線路空閑- 在尚未達到最大嘗試次數之前,每隔一段隨機時間轉到第1步重新嘗試。
超過最大嘗試傳輸次數- 向更高層的網絡協(xié)議報告發(fā)送失敗,退出傳輸模式。
因為所有的通信信號都在共享線路上傳輸,即使信息只是想發(fā)給其中的一個終端(destination),卻會使用廣播的形式,發(fā)送給線路上的所有計算機。在正常情況下,網絡接口卡會濾掉不是發(fā)送給自己的信息,接收到目標地址是自己的信息時才會向CPU發(fā)出中斷請求,除非網卡處于混雜模式(Promiscuous mode)。這種“一個說,大家聽”的特質是共享介質以太網在安全上的弱點,因為以太網上的一個節(jié)點可以選擇是否監(jiān)聽線路上傳輸的所有信息。共享電纜也意味著共享帶寬,所以在某些情況下以太網的速度可能會非常慢,比如電源故障之后,當所有的網絡終端都重新啟動時。中繼器因為信號的衰減和延時,根據不同的介質以太網段有距離限制。例如,10BASE5同軸電纜最長距離500米 (1,640英尺)。最大距離可以通過以太網中繼器實現,中繼器可以把電纜中的信號放大再傳送到下一段。中繼器最多連接5個網段,但是只能有4個設備(即一個網段最多可以接4個中繼器)。這可以減輕因為電纜斷裂造成的問題:當一段同軸電纜斷開,所有這個段上的設備就無法通訊,中繼器可以保證其他網段正常工作。類似于其他的高速總線,以太網網段必須在兩頭以電阻器作為終端。對于同軸電纜,電纜兩頭的終端必須接上被稱作“終端器”的50歐姆的電阻和散熱器,如果不這么做,就會發(fā)生類似電纜斷掉的情況:總線上的AC信號當到達終端時將被反射,而不能消散。被反射的信號將被認為是沖突,從而使通信無法繼續(xù)。中繼器可以將連在其上的兩個網段進行電氣隔離,增強和同步信號。
大多數中繼器都有被稱作“自動隔離”的功能,可以把有太多沖突或是沖突持續(xù)時間太長的網段隔離開來,這樣其他的網段不會受到損壞部分的影響。中繼器在檢測到沖突消失后可以恢復網段的連接。集線器采用集線器組網的以太網盡管在物理上是星型結構,但在邏輯上仍然是總線型的,半雙工的通信方式采用CSMA/CD的沖突檢測方法,集線器對于減少數據包沖突的作用很小。每一個數據包都被發(fā)送到集線器的每一個端口,所以帶寬和安全問題仍沒有解決。集線器的總傳輸量受到單個連接速度的限制(10或100 Mbit/s),這還是考慮在前同步碼、傳輸間隔、標頭、檔尾和封裝上都是最小花費的情況。當網絡負載過重時,沖突也常常會降低傳輸量。最壞的情況是,當許多用長電纜組成的主機傳送很多非常短的幀(frame)時,可能因沖突過多導致網絡的負載在僅50%左右程度就滿載。為了在沖突嚴重降低傳輸量之前盡量提高網絡的負載,通常會先做一些設定以避免類似情況發(fā)生。





