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以太网的工作原理

作者:时间:2011-11-17来源:网络收藏

还记得的多路访问和共享介质意味着线路上的所有站点会收到所有传输数据并检查自己是否是目标接收方吗?网桥便利用这个特性在各个网段间转发数据。在上图中,网桥将网段1和网段2连接在一起。如果站点A或B要发送数据,网桥将收到网段1上传输的数据,它应如何响应该流量呢?它可以像转发器一样自动将该帧发送到网段2上,但是这并不能减轻堵塞现象,因为网络现在的行为与单个长网段没有区别。

网桥的目标在于减少两个网段上不必要的网络流量。为了做到这一点,在决定如何处理帧之前,它会检查帧的目标地址。如果目标地址是站点A或B,那么便无需将帧发送到网段2上。因此,网桥不会执行任何操作。我们可以说,网桥过滤或丢弃了该帧。如果目标地址是站点C或D,或者是一个广播地址,那么网桥会将该帧传输(或者说转发)到网段2。通过转发数据包,网桥实现了上图中所有四台设备的相互通信。此外,由于网桥可以根据需要过滤掉数据包,在站点A向站点B发送数据的同时,站点C也可以向站点D发送数据,两个对话可以同时进行!

交换机是比网桥更先进的类似产品,它不仅功能与网桥相当,而且为网络上的所有节点提供了一个专用网段为了解决网络分段造成的问题,网络使用了网桥。网桥可将两个(或更多)网段连接在一起,与转发器一样能够提高网络直径,但是网桥的不同之处在于它还有助于控制网络流量。网桥可以发送和接收传输的数据,这和其他任何节点一样,但是它在功能上与标准节点并不相同。网桥不会产生任何自己的流量,因为它与转发器相同,只是重复它从其他站点那里听到的内容。(最后一句的表述并不完全准确:网桥会产生一种特殊的帧,使得它们能够与其他网桥进行通信,但是这并不属于本文的讨论范畴。) 以太网介质

路由器

网桥允许不同网段同时进行对话,从而减少了网络拥堵,但是它们在对流量进行分段方面存在一些局限。

网桥的一个重要特征便是:它会向所有连接的网段转发以太网广播。这种行为很有必要,因为以太网广播的目标是网络上的所有节点,但是对于过于庞大的网桥网络,这种做法也会带来问题。如果网桥网络中的大量站点都发送广播,与所有这些设备处于同一个网段中一样,会发生严重的网络拥堵。

路由器是一种高级的网络设备,可以将单个网络从逻辑上划分为两个单独的网络。尽管以太网广播可以通过网桥到达网络上的所有节点,但是它们无法通过路由器,因为路由器形成了网络的逻辑边界。

路由器所基于的协议独立于具体的网络技术(如以太网或下文要讨论的令牌环网)。它可以将使用不同网络技术的网络(不论是局域网还是广域网)轻松连接在一起。因此,它在将世界各地的设备连接到全球互联网的中得到了广泛应用。

请参见路由器查看对该技术的详细讨论。

交换以太网

从外表看起来,现代以太网经常完全不同于其历史前辈。早期以太网中使用长长的同轴电缆来连接多个站点,而现代化的以太网则使用双绞线或光纤以放射模式连接站点。早期以太网网络的传输速度为每秒10M,而现代以太网的传输速度为100或1,000M!

也许现代以太网中最振奋人心的技术进展应该是交换以太网的使用。交换以太网用针对每个站点的专用网段取代了早期以太网的共享介质。这些网段连接到一台交换机,该交换机起来非常类似于网桥,但是它可以连接众多的单站点网段。今天的某些交换机可支持数百个专用网段。网段上的设备只有交换机和终端站点,因此站点发送的所有数据到达另一个节点之前,交换机都可以首先得到它。然后,交换机会将该帧转发到相应的网段,这与网桥的作用一样,但是因为所有网段都只包含一个节点,所以只有目标节点能够接收到该帧。这样在一个交换网络上就可以同时进行许多对话。

全双工以太网

以太网的交换技术催生了另一项技术,即全双工以太网。全双工是一个数据通信术语,指的是能够同时发送和接收数据。

早期以太网是半双工的,也就是说在一个时间只能沿一个方向移动数据。在彻底的交换网络中,节点只能与交换机通信,而且永远不会与其他节点直接进行通信。此外,交换网络还使用双绞线或光纤,它们在发送和接收数据时使用不同的导线。在这种类型的环境中,以太网站点可以抛弃冲突检测过程并根据自身需要随时发送数据,因为它们是唯一能够访问介质的设备。因此,在终端站点向交换机发送数据时,交换机也可以向站点发送数据,这就营造了一个无冲突环境。


以太网还是802.3?

您可能听说过“802.3”这个词,它被用来取代以太网这个术语或与其结合使用。“以太网”最初指的是按照Digital、英特尔和施乐公司的标准建立的网络。(因此,它也称作DIX标准。)

1980年2月,电气及电子工程师学会(IEEE)设立了一个委员会,负责网络技术的标准化。IEEE将该委员会称为802工作组,这是以它成立日期的年和月来命名的。802工作组的附属委员会分别负责网络技术的不同方面。IEEE使用802.X这样的数字编号来区分各个附属委员会,其中的X代表每个附属委员会的唯一编号。802.3工作组对CSMA/CD网络进行了标准化,该网络的运作方式与DIX以太网相同。

以太网和802.3在术语和帧的数据格式上略有不同,但是在大部分方面都完全相同。现在,以太网这个术语已经成为了对DIX以太网和IEEE802.3标准的统称。


令牌环

可替代以太网的最常见局域网技术是由IBM开发的一种网络技术,称作令牌环。以太网通过各次传输之间的随机空隙来控制对介质的访问,而令牌环网则采用一种严格的顺序访问方法。令牌环网将节点在逻辑上排列为一个环形,如下图所示。节点围绕该环沿一个方向转发帧,并且在转发一整圈后将该帧删除。

  1. 通过创建一个令牌来对该环进行初始化,令牌是一种特殊类型的帧,只有拥有令牌的站点能够发送数据。
  2. 令牌与其他帧一样在环中循环传递,直到它遇到一个希望发送数据的站点。
  3. 然后,该站点“捕获”令牌,方法是用一个携带数据的帧来替换令牌帧,该携带数据的帧将环绕网络进行传递。
  4. 在数据帧返回发送它的站点后,该站点会删除该数据帧,然后创建一个新令牌并将该令牌转发到环中的下一个节点。

令牌环网中的节点不侦听载波信号或检测冲突,使用令牌帧的目的就在于保证站点能够发送数据帧而无需担心其他站点的干扰。由于在沿着环传递令牌之前站点只能发送一个数据帧,所以环中的所有站点都会被轮到,从而能够公平地轮流进行通信。令牌环网的数据传输速率通常为4或16M。

光纤分布数据接口(FDDI)是另外一种令牌传递技术,它使用一对光纤环,两个环以相反方向各自传递一个令牌。FDDI网络的传输速度为100M,这使它们成为了当时最流行的高速网络。但是随着更便宜、更易于管理的100M以太网的出现,FDDI已经日趋衰落。

异步传输模式

我们要介绍的最后一种网络技术是异步传输模式,即ATM。ATM网络模糊了局域网和广域网之间的界限,它能够连接多种不同设备,而且具有高可靠性和高速度,即便是横跨整个国家/地区也是如此。ATM网络不但适于传输数据,而且适于传输语音和视频数据,因此用途广泛且易于扩展。ATM尽管并没有像当初预计那样迅速地为人接受,但仍然是一种能满足未来需要的可靠网络技术。

以太网目前仍然受到广泛欢迎。30年来,以太网标准得到了整个行业的广泛接受,它广为人知并被人深刻理解;这使得其配置和故障排除过程都很轻松。随着其他技术的不断进步,以太网也将与时俱进,在速度和功能上更上一层楼。


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关键词: 原理 工作 以太网
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