什么是以太网 ？

本文翻译自：https://realpars.com/ethernet/

• 你听说过 IEEE 802.3 吗 ? 它有着悠久的历史，并且与我们今天的主题（以太网）有关
• https://www.youtube.com/watch?v=HLziLmaYsO0/

以太网简介

• 以太网是 80 年代早期开发的一种通信标准，用于在本地环境中连接计算机和其他设备
• 本地环境（LAN，LocalAreaNetwork），一般局限在一户普通人家或一个普通建筑物中，由多台设备互相连接而成，这些设备可以创建和存储信息，并且设备之间可以进行信息共享
• 以太网是一种有线系统，其最初使用同轴电缆，现在已经成功发展到使用铜芯双绞线和光纤

1881 年，亚历山大·格拉汉姆·贝尔发明了双绞线

• 1983 年，电气电子工程师研究所（Institute of Electrical and Electronics Engineers）将以太网标准化为 IEEE 802.3 标准，这个标准定义了有线以太网的物理层和数据链路层的 MAC 部分（media access control，媒体接入的控制方法）
• 物理层包含以下两部分：
  1. 线缆
  2. 设备

以太网的物理层

线缆

• 同轴电缆（不常见了已经）
• 双绞线（目前最常见）
• 光纤（比较先进）

双绞线

• 6 类双绞线的数据传输速率高达 1 Gbps
• 6a 和 7 类双绞线的数据传输速率高达 10 Gbps
• 5 和 5e 类双绞线仍在现有的许多应用中使用，但数据传输速度较低，介于 10～100 Mbps，且更容易受到噪声的影响

• 以太网双绞线在电缆两端使用 RJ-45 八针连接器，用于以半双工或全双工模式传输和接收数据

• 两对电线就能实现全双工

光纤

• 光纤电缆使用玻璃或塑料光纤作为数据传输的导管，以光脉冲为数据载体，使以太网的数据传输速度更快，数据传输距离更远。

• 根据实际应用需求的不同，光纤电缆可以使用类型不同的连接器
  • 一些类型属于SFP（小型可插拔）
  • 一些类型属于SC（用户连接器，也称为方形连接器或标准连接器）

• 为了在使用双绞线进行布线的以太网网络中使用光纤，您需要使用“以太网到光纤转换器”

设备

• 以太网设备由计算机、打印机或其他任何具有内部 NIC（网络接口卡）或基于 USB 或 PCI 的外部 NIC 设备组成

交换机 & 路由器

• 使用交换机和路由器可以将多台设备甚至多个网络连接在一起，使不同设备之间可以互相通信

网关 & 网桥

• “网关”和“网桥”用于将多个以太网连接在一起，允许它们互相通信
• “网关”用于将两个“不同”的网络连接在一起
• “网桥”用于将两个“相似”的网络连接在一起，然后你就只能看到一个网络

以太网的数据链路层

• 数据链路层可分为两部分：
  1. 逻辑链路控制（The Logical Link Control）
  • 为以太网上的数据建立在设备之间传输的路径
  2. 媒体接入控制（The Media Access Control）
  • 使用分配给网络接口卡（NIC）的硬件地址来标识特定的计算机或其他设备，以显示数据传输的源和目标

• 以太网使用 CSMA/CD 协议（载波监听多址接入/碰撞检测）在数据链路层传输数据包
• CSMA/CD 协议是以太网标准的一部分，用于减少数据冲突，提高数据传输的成功率
• 使用 CSMA/CD 协议的主机会对网络进行载波监听，一旦发现网络空闲，主机就会发送 1 比特数据并监测是否会发生碰撞
• 如果这第一个 bit 的数据发送成功，那么主机就会继续一边发送数据，一边进行碰撞监测
• 一旦监测到有碰撞发生，CSMA/CD 协议（算法）就会计算出一个等待时间，待到这段时间耗尽，再重复上述过程，直到数据传输完成

• 1 个交换机 + 多台设备 + 全双工模式 = 星型拓扑结构
• 与所有设备共享同一路径的总线型拓扑结构相比，星型拓扑结构拥有多条传输路径，大大降低了冲突发生的概率

以太网的优劣

• 时代变迁，新技术层出不穷，以太网的功能也在快速迭代变化
• 近几年虽然数据传输速度越来越快，甚至出现了 10 Gbps，但这些新的以太网技术仍然价格不菲

• 当局域网接入更大的网络，你就能获得更多的信息，创造更多的价值，拥有更多的可能性

• 简言之，以太网几乎支持所有流行的网络协议，并且它在速度、成本和易于安装之间取得了良好的平衡
• 因此，以太网很受欢迎，计算机市场广泛接收它

（完）