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  • 什么是以太网

    千次阅读 2020-03-26 23:12:30
    以太网(Ethernet)最广泛安装的局域网技术。正如现在在IEEE 802.3标准中指出的,以太网原来由Xerox开发,后来由Xerox, DEC和Intel共同开发的。以太网一般使用同轴电缆和特种双绞线。最通常的以太网系统10BASE-T...

    版本1:

    一般都是以集线器或交换机作为核心节点,再从集线器或交换机拉很多根网线出来,把各台主机连接到这个核心节点上。
    以太网(Ethernet)是最广泛安装的局域网技术。正如现在在IEEE 802.3标准中指出的,以太网原来由Xerox开发,后来由Xerox, DEC和Intel共同开发的。以太网一般使用同轴电缆和特种双绞线。最通常的以太网系统是10BASE-T,它的传输速率可达10 Mbps。

    版本2:

    互联网最早就是想把两台电脑连接起来,所以叫互联,后来电脑多了,得通过交换机、路由器等连接到一起了,就叫局域网,后来更大了,比如你从你家要连接到上海,北京或国外某个电脑,其实网站也可以想象成一台电脑,这样就产生了广域网,电脑多了人家想找到你就得有地址,跟身份证号一样,就产生了IP地址,怎样找你通过哪条路径找你,怎样最快找到你,比如你要登陆百度,就得先通过你家路由器,再到你们小区网络,再到你们市里网络,再对接到百度那个市里的网络,再到他们区,再找到百度这个网站,这一条路径,就得有个限制这叫协议,你必须遵从这个协议才能相互通讯,所以遵从TCP /IP协议网络叫以太网,当然跟很多国家有不同制度一样,你跟不同设备连接,也会有各种不同的协议,比如西门子设备他们自己制定了Ether net协议,你用他们这个协议通讯,组成的网络就叫工业以太网,所以以太网是一个网络通讯的总称,可以是两台电脑间网络叫以太网,也可以是成千上万台电脑组成的网络也叫以太网

    版本3:

    以太网是当今现有局域网(一种覆盖一座或几座大楼、一个校园或者一个厂区等地理区域的小范围的计算机网)采用的最通用的通信协议标准。因特网是由采用TCP/IP协议族(一种通信协议标准)的众多计算机网相互连接而成的最大的开放式计算机网络
    简单地说,以太网是一个局域网通信标准,而因特网是一个系统。
    比如说你们学校的教育网是一个局域网,但你同时处于因特网中。同时如果你要用QQ和同学聊天,那么你是必须遵循通信协议(现在基本都是TCP/IP协议)才能实现,这部分由电脑完成。当你敲下回车键时,电脑首先将你要发送的信息翻译成电脑可识别的语言,然后经过一系列封装,通过MODEM将电脑的数字信号转换成模拟信号传输(一般家庭就是电话线),最后通过router(路由器,相当于快递的,通过你的数据包找到你要发送的地址)把信息传递到目的地址。

    版本4:

    以太网

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    本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。

    以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术,取代了其他局域网技术如令牌环FDDIARCNET

    中文名

    以太网

    外文名

    ethernet

    定    义

    局域网的一种

    发    源

    xerox(施乐)

    创建时间

    1980

    目录

    1. 简介
    2. 起源
    3. 相关技术
    4. ▪ 共享介质
    5. ▪ 中继器
    1. ▪ 集线器
    2. 经典以太网
    3. ▪ 物理层
    4. ▪ MAC子层
    5. 交换式以太网
    1. 类型
    2. 以太网交换机测试技术
    3. ▪ 测试项目
    4. ▪ 存在的问题
    1. ▪ 交换机测试技术
    2. 存在的问题
    3. 车载以太网
    4. 10 工业以太网

    简介

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    以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类:第一类是经典以太网,第二类是交换式以太网,使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式,运行速度从3~10 Mbps不等;而交换式以太网正是广泛应用的以太网,可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率,分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。 [1] 

    以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑,但目前的快速以太网(100BASE-T1000BASE-T标准)为了减少冲突,将能提高的网络速度和使用效率最大化,使用集线器来进行网络连接和组织。如此一来,以太网的拓扑结构就成了星型;但在逻辑上,以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,即载波多重访问/碰撞侦测)的总线技术。

    以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法,每个节点必须获取电缆或者信道的才能传送信息,有时也叫作以太(Ether)。(这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。) 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址,以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍,许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板

    起源

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    以太网的故事始于ALOHA时期,确切的时间是在一个名叫Bob Metcalfe的学生获得麻省理工学院的学士学位后,搬到河对岸的哈佛大学攻读博士学位之后。在他学习期间,他接触到了Abramson的工作,他对此很感兴趣。从哈佛毕业之后,他决定前往施乐帕洛阿尔托研究中心正式工作之前留在夏威夷度假,以便帮助Abramson工作。当他到帕洛阿尔托研究中心,他看到那里的研究人员已经设计并建造出后来称为个人计算机的机器,但这些机器都是孤零零的;他便运用帮助Abramson工作获得的知识与同事David Boggs 设计并实现了第一个局域网。该局域网采用一个长的粗同轴电缆,以3Mbps速率运行。 [1] 

    他们把这个系统以发光性乙醚命名为以太网,人们曾经认为通过它可以传播电磁辐射。 [1] 

    相关技术

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    共享介质

    带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)技术规定了多台计算机共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet,它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台计算机要发送信息时,在以下行动与状态之间进行转换:

    1. 开始- 如果线路空闲,则启动传输,否则跳转到第4步。

    2. 发送- 如果检测到冲突,继续发送数据直到达到最小回报时间(min echo receive interval)以确保所有其他转发器和终端检测到冲突,而后跳转到第4步。

    3. 成功传输- 向更高层的网络协议报告发送成功,退出传输模式。

    4. 线路繁忙- 持续等待直到线路空闲。

    5. 线路空闲- 在尚未达到最大尝试次数之前,每隔一段随机时间转到第1步重新尝试。

    6. 超过最大尝试传输次数- 向更高层的网络协议报告发送失败,退出传输模式。

    因为所有的通信信号都在共享线路上传输,即使信息只是想发给其中的一个终端(destination),却会使用广播的形式,发送给线路上的所有计算机。在正常情况下,网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息,接收到目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求,除非网卡处于混杂模式(Promiscuous mode)。这种“一个说,大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点,因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽,所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢,比如电源故障之后,当所有的网络终端都重新启动时。

    中继器

    因为信号的衰减和延时,根据不同的介质以太网段有距离限制。例如,10BASE5同轴电缆最长距离500米 (1,640英尺)。最大距离可以通过以太网中继器实现,中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段,但是只能有4个设备(即一个网段最多可以接4个中继器)。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题:当一段同轴电缆断开,所有这个段上的设备就无法通讯,中继器可以保证其他网段正常工作。

    类似于其他的高速总线,以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆,电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器,如果不这么做,就会发生类似电缆断掉的情况:总线上的AC信号当到达终端时将被反射,而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突,从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离,增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能,可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来,这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。

    集线器

    采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构,但在逻辑上仍然是总线型的,半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法,集线器对于减少数据包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口,所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总传输量受到单个连接速度的限制(10或100 Mbit/s),这还是考虑在前同步码、传输间隔、标头、档尾和封装上都是最小花费的情况。当网络负载过重时,冲突也常常会降低传输量。最坏的情况是,当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时,可能因冲突过多导致网络的负载在仅50%左右程度就满载。为了在冲突严重降低传输量之前尽量提高网络的负载,通常会先做一些设定以避免类似情况发生。

    经典以太网

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    经典以太网用一个长电缆蜿蜒围绕着建筑物,这根电缆连接着所有的计算机。经典以太网的体系结构如下图所示:

    以太网以太网

    物理层

    以太网的每个版本都有电缆的最大长度限制(即无须放大的长度),这个范围内的信号可以正常传播,超过这个范围信号将无法传播。为了允许建设更大的网络,可以用中继器把多条电缆连接起来。中继器是一个物理层设备,它能接收、放大并在两个方向上重发信号。 [1] 

    在这些电缆上,信息的发送使用曼彻斯特编码。 [1] 

    MAC子层

    经典以太网使用1-坚持CSMA/CD算法,即当站有帧要发送时要侦听介质,一旦介质变为空闲便立即发送。在它们发送的同时监测信道上是否有冲突。如果有冲突,则立即终止传输,并发出一个短冲突加强信号,再等待一段随机时间后重发。 [1] 

    交换式以太网

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    以太网的发展很快,从单根长电缆的典型以太网结构开始演变。单根电缆存在的问题,比如找出断裂或者松动位置等连接相关的问题,驱使人们开发出一种不同类型的布线模式。在这种模式中,每个站都有一条专用电线连接到一个中央集线器。集线器只是在电气上简单地连接所有连接线,就像把它们焊接在一起。集线器不能增加容量,因为它们逻辑上等同于单根电缆的经典以太网。随着越来越多的站加入,每个站获得的固定容量共享份额下降。最终,LAN将饱和。 [1] 

    还有另一条出路可以处理不断增长的负载:即交换式以太网。交换式以太网的核心是一个交换机,它包含一块连接所有端口的高速背板。从外面看交换机很像集线器,它们都是一个盒子,通常拥有4-48个端口,每个端口都有一个标准的RJ-45连接器用来连接双绞电缆。交换机只把帧输出到该帧想去的端口。通过简单的插入或者拔出电缆就能完成或者删除一台机器,而且由于片状电缆或者端口通常只影响到一台机器,因此大多数错误都很容易被发现。这种配置模式仍然存在一个共享组件出现故障的问题,即交换机本身的故障:如果所有站都失去了网络连接,则IT人员知道该怎么解决这个问题:更换整个交换机。 [1] 

    交换式以太网体系结构如下:

    以太网结构以太网结构

    类型

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    早期的以太网

    兆比特以太网

    • 施乐以太网(Xerox Ethernet,又称“施乐以太网”)──是以太网的雏型。最初的2.94Mbit/s以太网仅在施乐公司里内部使用。而在1982年,XeroxDECIntel组成DIX联盟,并共同发表了Ethernet Version 2(EV2)的规格,并将它投入商场市场,且被普遍使用。而EV2的网络就是目前受IEEE承认的10BASE5

    • 10BROAD36──已经过时。一个早期的支持长距离以太网的标准。它在同轴电缆上使用,以一种类似线缆调制解调器系统的宽带调制技术。

    • 1BASE5──也称为星型局域网,速率是1Mbit/s。在商业上很失败,但同时也是双绞线的第一次使用。

    10Mbps以太网

    • 10BASE5(又称粗缆(Thick Ethernet)或黄色电缆)──最早实现10 Mbit/s以太网。早期IEEE标准,使用单根RG-11同轴电缆,最大距离为500,并最多可以连接100台计算机的收发器,而缆线两端必须接上50欧姆终端电阻。接收端透过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N型连接器。尽管由于早期的大量布设,到现在还有一些系统在使用,这一标准实际上被10BASE2取代。

    • 10BASE2(又称细缆(Thin Ethernet)或模拟网上)── 10BASE5后的产品,使用RG-58同轴电缆,最长转输距离约200米(实际为185米),仅能连接30台计算器,计算器使用T型适配器连接到带有BNC连接器网卡,而线路两头需要50欧姆的终结器。虽然在能力、规格上不及10BASE5,但是因为其线材较细、布线方便、成本也便宜,所以得到更广泛的使用,淘汰了10BASE5。由于双绞线的普及,它也被各式的双绞线网络取代。

    • StarLAN──第一个双绞线上实现的以太网上标准10 Mbit/s。后发展成10BASE-T。

    • 10BASE-T──使用3类双绞线、4类双绞线、5类双绞线的4根线(两对双绞线)100米。以太网集线器或以太网交换机位于中间连接所有节点。

    • FOIRL ──光纤中继器链路。光纤以太网上原始版本。

    • 10BASE-F ── 10Mbps以太网光纤标准通称,2公里。只有10BASE-FL应用比较广泛。

      • 10BASE-FL ── FOIRL标准一种升级。

      • 10BASE-FB ──用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术,已废弃。

      • 10BASE-FP ──无中继被动星型网,没有实际应用的案例。

    100Mbps以太网(快速以太网)

    参见:百兆以太网

    快速以太网(Fast Ethernet)为IEEE在1995年发表的网上标准,能提供达100Mbps的传输速度。

    • 100BASE-T-- 下面三个100 Mbit/s双绞线标准通称,最远100米。

      • 100BASE-TX-- 类似于星型结构的10BASE-T。使用2对电缆,但是需要5类电缆以达到100Mbit/s。

      • 100BASE-T4 -- 使用3类电缆,使用所有4对线,半双工。由于5类线普及,已废弃。

      • 100BASE-T2 -- 无产品。使用3类电缆。支持全双工使用2对线,功能等效100BASE-TX,但支持旧电缆。

    • 100BASE-FX-- 使用多模光纤,最远支持400米,半双工连接 (保证冲突检测),2km全双工。

    • 100VG AnyLAN -- 只有惠普支持,VG最早出现在市场上。需要4对三类电缆。也有人怀疑VG不是以太网。 [2] 

    1Gbps以太网

    • 1000BASE-T-- 1 Gbit/s介质超五类双绞线或6类双绞线。

    • 1000BASE-SX-- 1 Gbit/s多模光纤(取决于频率以及光纤半径,使用多模光纤时最长距离在220M至550M之间)。

    • 1000BASE-LX-- 1 Gbit/s多模光纤(小于550M)、单模光纤(小于5000M)。

    • 1000BASE-LX10-- 1 Gbit/s单模光纤(小于10KM)。长距离方案

    • 1000BASE-LHX--1 Gbit/s单模光纤(10KM至40KM)。长距离方案

    • 1000BASE-ZX--1 Gbit/s单模光纤(40KM至70KM)。长距离方案

    • 1000BASE-CX-- 铜缆上达到1Gbps的短距离(小于25 m)方案。早于1000BASE-T,已废弃。

    10Gbps以太网

    参见:10吉比特以太网

    新的万兆以太网标准包含7种不同类型,分别适用于局域网、城域网和广域网。目前使用附加标准IEEE 802.3ae,将来会合并进IEEE 802.3标准。

    • 10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand4x连接器和CX4电缆,最大长度15米。

    • 10GBASE-SR -- 用于短距离多模光纤,根据电缆类型能达到26-82米,使用新型2GHz多模光纤可以达到300米。

    • 10GBASE-LX4 -- 使用波分复用支持多模光纤240-300米,单模光纤超过10公里。

    • 10GBASE-LR和10GBASE-ER -- 透过单模光纤分别支持10公里和40公里

    • 10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW。用于广域网PHY、OC-192 / STM-64同步光纤网/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR、10GBASE-LR和10GBASE-ER,因此使用相同光纤支持距离也一致。(无广域网PHY标准)

    • 10GBASE-T-- 使用屏蔽或非屏蔽双绞线,使用CAT-6A类线至少支持100米传输。CAT-6类线也在较短的距离上支持10GBASE-T。

    100Gbps以太网

    参见:100G以太网

    新的40G/100G以太网标准在2010年中制定完成,包含若干种不同的节制类型。目前使用附加标准IEEE 802.3ba。

    • 40GBASE-KR4 -- 背板方案,最少距离1米。

    • 40GBASE-CR4 / 100GBASE-CR10 -- 短距离铜缆方案,最大长度大约7米。

    • 40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 -- 用于短距离多模光纤,长度至少在100米以上。

    • 40GBASE-LR4 / 100GBASE-LR10 -- 使用单模光纤,距离超过10公里。

    • 100GBASE-ER4 -- 使用单模光纤,距离超过40公里。 [2] 

    以太网交换机测试技术

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    测试项目

    性能指标使用专用的以太网测试仪器进行测试,这些性能指标的测试结果还可以评估LAN系统是否满足验收要求。从GBT21671-2008“基于以太网的LAN系统验收评估规范”可以了解到局域网还可以通过测量诸如网络吞吐量,传输延迟和丢包率等性能指标来判断性能。以太网测试仪是一 款适合现场使用的坚固耐用的测试平台。它具有完整的以太网测试功能,双光口和双电口,以太网服务接口模块,HST-3000支持多种数据流测试。包括10/100/1000M以太网链路的流量生成和故障排除,它可以测试高达1Gbit/s的电气和光纤端口链路。由于验收检查中的各种条件的限制,可以支持点对点或路由网络的测试以用于交换机的例行测试。 [3] 

    存在的问题

    现代测试仪器的整体特性是高可靠性,高性能和高适用性。因此,国内测试产品与国外产品之间的差距反映在这方面。虽然国内某些测试设备在一定的性能指标上接近国际先进水平,但具有达到国际标准的综合设备性能指标的产品普遍较少。此外,国内测试仪器大多是常见的规格,不能满足某些特殊环境下的测试工作。低度自动化测试也是一个常见问题。 [3] 

    交换机测试技术

    如今,交换机以应用需求为向导对交换机的性能提出了新的要求。在网络综合服务、安全性、智能化等方面有了新的发展。协议测试时一种基本交换机测试技术,网络协议是为了提高测试的效率和沟通的有效性提出的为了保障通信的规则。在网络通信日益膨胀的年代,网络协议也必不可少,网络协议的基本要求是功能正确、互通性好和性能优越。协议测试最初的原型为软件测试,主要的分类有黑盒测试白盒测试灰盒测试。 [3] 

    存在的问题

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    吞吐量是以太网测试的一项重要指标。很多工程师认为以太网交换吞吐量应该为其线速率,即100%流量下不能出现丢包,并且认为以太网帧间隔IFG小于96bits是非法的。但在以太网交换吞吐量及丢包率测试中,经常在线速条件下长时间误码测试会出现少量的丢包,究其原因为以太网跨时钟域架构所导致的。 [4] 

    工业以太网技术的迅速发展和应用的同时,伴随出现了大量的网络问题。根据西门子公司提供的统计数据,网络通信故障率占70%以上,网络设备故障率不足30%。网络故障导致系统停机后,故障诊断和定位所需的时间占系统停机总时间的80%以上,而维护措施所占时间不足20%。因此网络流量实时监控和分析是工业以太网发展 和应用中面临的重大问题,实时监控和分析工业以太网网络流量,及时发现和定位网络问题对提高整个系统的稳定运行起到了至关重要的作用。 [5] 

    车载以太网

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    传统以太网协议由于采用的是载波监听多路访问冲突检测技术。因此,在数据包延时、排序和可靠性上达不到车载网络实时性要求,所以,常见的车载局域网仍是基于CAN的实时现场总线协议。但随着汽车电子技术的爆发式发展,ECU数量不断增长,影音娱乐信号也纳入车内通信,这使得高实时、低带宽的传统车载总线开始不适应汽车电 子发展趋势。 [6] 

    国际电子电气工程师协会(IEEE)经过长期研究在2016年批准了第一个车载以太网标准 “100BASE-T1”,其基于博通公司的BroadR.Reach 解决方案,在物理层用单对非屏蔽双绞线电缆,采用更加优化的扰码算法来减弱信号相关性增加实时性,可在车内提供100Mbps高实时带宽。 [6] 

    高速以太网在汽车干扰环境下的通信质量是 需要重点考查的问题。特别对于100BASE.T1网络采用的是非屏蔽的电缆,更容易受到电流浪涌、电磁干扰的影响,导致其性能不稳定甚至功能失效。目前有基于以太网物理层的一致性测试方法,用于测试信号发射设备的回波损耗、定时抖动和最大输出跌落等性能;RFC2544标准提供了以太网时延、吞吐量丢包率等主要性能指标的测试方法; 但这些常见方法都是基于传统以太网,不支持 100BASE-TI车载以太网,并且没有考虑到车载环境的干扰特征。 [6] 

    工业以太网

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    工业以太网技术源自于以太网技术,但是其本身和普通的 以太网技术又存在着很大的差异和区别。工业以太网技术本身进行了适应性方面的调整,同时结合工业生产安全性和稳定性方面的需求,增加了相应的控制应用功能,提出了符合特定工业应用场所需求的相应的解决方案。工业以太网技术在实际应用中,能够满足工业生产高效性、稳定性、实时性、经济性、智能性、扩展性等多方面的需求,可以真正延伸到实际企业生产过程中现场设备的控制层面,并结合其技术应用的特点,给予实际企业工业生产过程的全方位控制和管理,是一种非常重要的技术手段。 [7] 

    工业以太网技术应用的优势分析如下:

    第一,工业以太网技术具有广泛的应用范围。以太网技术本身作为重要的基础性计算机网络技术,其本身能够兼容多种不同的编程语言。例如,常见的JAVAC++等编程语言都支持以太网方面的应用开发。 [7] 

    第二,工业以太网技术具有良好的应用经济性。相对于以往传统工业生产当中现场总线网卡的基础设施方面的投入,以太网的网卡成本方面具有十分显著的优势。在当前以太网技术不断发展的今天,整体以太网技术的设计、应用方面已经十分成熟。在具体技术开发方面,有着很多现有的资源和设计案例进行应用,这也进一步降低了系统的开发和推广成本,同时也让后续培训工作的开展变得更加有效率。可以说,经济性强、成本低廉、应用效率高、过渡短、方案成熟,这是工业以太网技术的一个显著优势特征。 [7] 

    第三,工业以太网技术具有较高的通信速率。相对现场总线来说,工业以太网的通信速率较高,1Gb/s的技术应用也变得十分成熟。在当前不断增长的工业控制网络性能吞吐需求的前提下,这种速率上的优势十分明显,其能够更好地满足当前的带宽标准,是新时期现代工业生产网络工程的重要发展方向。相对上也控制网络来说,工业控制网络内部不同节点的实时数据了相对较少,但是其对于传输的实时性方面要求很高。以太网技术本身的网络负载方面有着显著的优势,这也让整个通信过程的实时性需求得到了更好的满足。良好的通信速率标准,可以进一步降低网络负荷,减少网络传输延时,从而最大限度规避忘了碰撞的概率,保障工业生产的安全性与可靠性。 [7] 

    第四,工业以太网技术具有良好的共享能力。随着当前网络技术的不断发展和成熟化,整个互联网体系变得更加成熟,任何一个接入到网络当中的计算机,都可以实现对工业控制现场相关数据的浏览和调用,这对于远程管控应用来说具有良好的优势,同时这也超越了以往现场总线管理模式的便利性,是实现现代化工业生产管理的重要基础性依据。 [7] 

    第五,工业以太网技术具有良好的发展空间。通过工业以太网技术的应用,整个工业网络控制系统本身会具备一个更加广阔的发展空间和前景。在后续技术改造和升级的过程中,以太网技术能够为其提供一个良好的基础平台,这种扩展性方面的优势相比于现场总线技术来说是十分明显的。与此同时,在当前人工智能等相关技术发展的环境下,网络通信质量和效率本身的标准更高,很多新通信协议的应用,这也需要工业以太网技术给予相应的支持。 [7]

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  • 以太网mac和以太网phy 什么是以太网? (What Is Ethernet?) Ethernet ‘is an interconnect technology for LANs – Local Area Networks (LANs) – based on sending packets. It defines wiring and signaling for...

    以太网mac和以太网phy

    什么是以太网? (What Is Ethernet?)

    Ethernet ‘is an interconnect technology for LANs – Local Area Networks (LANs) – based on sending packets. It defines wiring and signaling for the physical layer, and packet formats and protocol layer for medium access control (Media Access Control – MAC) of the OSI model. Ethernet is standardized as IEEE 802.3. From the year 1990, it has been a LAN technology most widely used and has largely replaced all other networking standards such as Token Ring, FDDI, and ARCNET.

    以太网是基于发送数据包的局域网(局域网)的一种互连技术。 它定义了物理层的布线和信令,以及OSI模型的介质访问控制(Media Access Control – MAC)的数据包格式和协议层。 以太网标准化为IEEE 802.3。 从1990年开始,它已成为使用最广泛的LAN技术,并在很大程度上取代了所有其他网络标准,例如令牌环,FDDI和ARCNET。

    Ethernet was originally developed as one of the many pioneering projects at Xerox PARC – Palo Alto Research Center. It is understood, in general, that Ethernet was invented in 1973 when Robert Metcalfe wrote a memo to his bosses about the potential of this technology in local area networks. Metcalfe claims that in reality, Ethernet was developed over a period of several years.

    以太网最初是Xerox PARC – Palo Alto研究中心的众多先驱项目之一。 通常,人们了解以太网是在1973年发明的,当时Robert Metcalfe向其老板写了一份备忘录,介绍了该技术在局域网中的潜力。 梅特卡夫声称,实际上,以太网是经过数年时间开发的。

    In 1976, Metcalfe and David Boggs (his assistant) published an article, Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks. Metcalfe left Xerox in 1979 to promote the use of personal computers and local area networks (LANs), and for that 3Com. He successfully convinced DEC, Intel, and Xerox to work together to promote Ethernet as a standard, which was published on September 30, 1980. Competing with them at the time were two largely proprietary systems, token ring and ARCNET.

    1976年,梅特卡夫(Metcalfe)和大卫·博格斯(David Boggs,他的助手)发表了一篇文章《以太网:用于本地计算机网络的分布式数据包交换》。 梅特卡夫(Metcalfe)于1979年离开施乐(Xerox),以促进个人计算机和局域网(LAN)以及3Com的使用。 他成功说服DEC,Intel和Xerox共同促进以以太网为标准,该标准于1980年9月30日发布。当时与之竞争的是两个主要专有的系统,令牌环和ARCNET。

    Soon both were drowned by a wave of Ethernet products. In the process, 3Com became a major company. It is also the fact that 3Com is also known as U.S. Robotics, also a manufacturer of processors.

    不久,两者都被一波以太网产品淹没。 在此过程中,3Com成为了一家大公司。 3Com也被称为US Robotics,也是处理器的制造商,这也是事实。

    以太网—概述 (Ethernet — Overview )

    Ethernet is based on the idea of points on the network sending messages in what was essentially a radio system, captive inside a common wire or channel, sometimes called the ether. This is an oblique reference to the luminiferous aether through which nineteenth-century physicists believed that light traveled. Each point has a key 48-bit globally unique address known as MAC, to ensure that all systems in an Ethernet have distinct addresses.

    以太网基于这样的思想,即网络上的点在本质上是无线电系统中发送消息,该系统被一条公共电线或信道(有时称为以太)束缚。 这是对发光的醚的倾斜参考,十九世纪的物理学家认为发光的醚通过光。 每个点都有一个称为MAC的关键48位全局唯一地址,以确保以太网中的所有系统都具有不同的地址。

    It has been observed that Ethernet traffic has self-similarity properties, with important consequences for traffic engineering of telecommunications, etc.

    已经发现,以太网流量具有自相似性,这对电信流量工程等具有重要的影响。

    Current standards of the Ethernet protocol are: – 10 megabits / sec: 10Base-T Ethernet (IEEE 802.3) – 100 megabits / sec Fast Ethernet (IEEE 802.3u) – 1 gigabit / sec: Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) – 10 gigabits / sec: 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae)

    以太网协议的当前标准是:– 10兆比特/秒:10Base-T以太网(IEEE 802.3)– 100兆比特/秒快速以太网(IEEE 802.3u)– 1千兆比特/秒:千兆以太网(IEEE 802.3z)– 10吉比特/秒:10千兆以太网(IEEE 802.3ae)

    共享介质以太网CSMA / CD (shared medium Ethernet CSMA / CD )

    A scheme known as Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA / CD) organized the way the computers shared the channel. Originally developed in the 60 to ALOHAnet – Hawaii using radio, the scheme is relatively simple compared to token ring network or central control (master controlled networks). When a computer wants to send some information, it obeys the following algorithm:

    一种名为带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA / CD)的方案组织了计算机共享通道的方式。 该方案最初是在60年代至ALOHAnet –夏威夷使用无线电开发的,与令牌环网或中央控制(主控网络)相比,该方案相对简单。 当计算机要发送一些信息时,它遵循以下算法:

    1. If the channel is free, starts transmitting, else go to step 4;

      如果信道空闲,则开始发送,否则执行步骤4;
    2. [Transmission of the information] if collision is detected, the transmission continues until the minimum time for the package is reached (to ensure that all other transmitters and receivers detect the collision), then go to step 4;

      [信息的传输]如果检测到冲突,则传输继续进行,直到到达该包装的最短时间为止(以确保所有其他发送方和接收方都检测到该冲突),然后转到步骤4;否则,执行步骤4。
    3. [End of successful transmission] report success to higher network layers, and exits the mode of transmission;

      [成功传输的结束]向更高的网络层报告成功,并退出传输模式;
    4. [Channel is busy] wait until the channel is free;

      [频道忙]等待频道空闲;
    5. [Channel becomes free] wait a random time, then go to step 1, unless the maximum number of transmission attempts has been exceeded;

      [频道空闲]等待一个随机时间,然后转到步骤1,除非已超过最大传输尝试次数;否则,请转至步骤1。
    6. [Maximum number of transmission attempt exceeded] report failure to higher network layers, and exit the mode of transmission;

      [超过最大传输尝试次数]向更高的网络层报告故障,并退出传输模式;

    In practice, works as a dinner where guests use a common medium (the air) to talk to one another. Before speaking, each guest politely waits for another guest to finish speaking. If two guests start speaking at the same time, both stop and wait a little, a short period. It is expected that each guest to wait for a random period of time that both did not choose the same time try to speak again, thus avoiding another collision. The time is increased exponentially if more than one transmission attempt fails.

    在实践中,这是作为晚餐的,客人使用共同的媒介(空气)互相交谈。 在发言之前,每个来宾都礼貌地等待另一个来宾完成发言。 如果两个客人同时开始讲话,则他们都会停下来稍等片刻。 预计每个来宾都等待一个随机的时间段,而这两个时间段都没有选择相同的时间再尝试讲话,从而避免了其他冲突。 如果一个以上的传输尝试失败,则时间将成倍增加。

    Originally, Ethernet was literally a share via coaxial cable, passing through a building or campus to every machine. The computers were connected to a transceiver unit interface or attachment (Attachment Unit Interface, or AUI), which in turn was connected to the cable. While a simple passive wire was highly reliable for small Ethernets, it was not for large networks where only one defect at any point of the wire or on a single Ethernet connector made all the stops.

    最初,以太网实际上是通过同轴电缆共享的,通过建筑物或园区到达每台机器。 将计算机连接到收发器单元接口或附件(附件单元接口,即AUI),然后将其连接到电缆。 尽管简单的无源线对于小型以太网具有高度的可靠性,但对于大型网络而言却并非如此,在大型网络中,线的任何一点或单个以太网连接器上只有一个缺陷会导致所有问题。

    Since all communications happen on the same wire, any information sent by a computer is received by all others, even if the information was intended for a specific recipient. The network interface card discards the information is not addressed to her, interrupting the CPU only when applicable packages were received, unless the board was placed in promiscuous mode of communication.

    由于所有通信都在同一条线上进行,因此计算机发送的任何信息都会被其他所有用户接收,即使该信息是针对特定收件人的也是如此。 网络接口卡会丢弃未发送给她的信息,只有在收到适用的软件包后才会中断CPU,除非板子处于混杂通信模式。

    This “one speaks, all listen defined a means of sharing Ethernet security weakness, since a node on the Ethernet network can eavesdrop on all traffic on the wire if it so wished. Using a single cable also means that the bandwidth (bandwidth) is shared, so that network traffic could become very slow when, for example, the network and we had to be restarted after a power failure.

    “一个人说,所有的听众都定义了一种共享以太网安全弱点的方法,因为如果愿意,以太网网络上的节点可以窃听线路上的所有流量。 使用单根电缆还意味着带宽(带宽)是共享的,因此,例如在发生网络故障并且停电后必须重新启动网络时,网络流量可能会变得非常缓慢。

    以太网集线器 (Ethernet Hubs )

    This problem was solved by the invention of Ethernet hubs, which form a network with physical star topology, with multiple network interface controllers sending data to the hub and hence the data are then relayed to a backbone, or to other network segments.

    以太网集线器的发明解决了这个问题,该以太网集线器形成具有物理星形拓扑的网络,其中多个网络接口控制器将数据发送到集线器,因此数据随后被中继到骨干网或其他网段。

    However, despite the physical star topology, the hub with Ethernet networks still use CSMA / CD in which every packet that is sent to a port on the hub can undergo collision, the hub performs a minimal amount of work in dealing with packet collisions.

    但是,尽管采用了物理星形拓扑,但具有以太网网络的集线器仍使用CSMA / CD,在该模式下,发送到集线器端口的每个数据包都可能发生冲突,而集线器在处理数据包冲突方面仅进行了最少的工作。

    Ethernet networks work well as a shared medium when the level of network traffic is low. Since the chance of collision is proportional to the number of transmitters and the volume of data being sent, the network can become extremely congested, around 50% of rated capacity, depending on these factors. To solve this, we developed “switches” Ethernet, to maximize the available bandwidth.

    当网络流量较低时,以太网络可以很好地用作共享介质。 由于冲突的机会与发射机的数量和所发送的数据量成正比,因此取决于这些因素,网络可能变得非常拥塞,约为额定容量的50%。 为了解决这个问题,我们开发了“交换机”以太网,以最大化可用带宽。

    交换式以太网 (Switched Ethernet)

    Most modern Ethernet installations use Ethernet switches instead of hubs. Although the wiring is identical to an Ethernet hub (shared Ethernet), with switches instead of hubs, switched Ethernet has many advantages over Ethernet media, including higher bandwidth and simplified wiring. But the biggest advantage is to restrict the areas of collision, which causes less impact on the shared medium causing better performance on the network. Switched networks typically follow a star topology; although they still implement a “cloud” single Ethernet from the standpoint of attached machines.

    大多数现代以太网安装使用以太网交换机代替集线器。 尽管布线与以太网集线器(共享以太网)相同,但使用交换机而不是集线器,但交换式以太网比以太网介质具有许多优势,包括更高的带宽和简化的布线。 但是最大的好处是限制了冲突区域,这对共享介质的影响较小,从而在网络上具有更好的性能。 交换网络通常遵循星形拓扑。 尽管从连接的机器的角度来看,它们仍然实现了“云”单以太网。

    Ethernet switch “learns” what are the points associated with each port, and so it ceases to send non-broadcast traffic to ports other than the package is not addressed, isolating collision domains. Thus, the Ethernet switching can allow full speed Ethernet to be used by a pair of ports on a single switch.

    以太网交换机“了解”与每个端口相关的点,因此它不再向未处理该包的端口发送非广播流量,从而隔离了冲突域。 因此,以太网交换可以允许单个交换机上的一对端口使用全速以太网。

    Since packets are typically only delivered to the port they are intended for, traffic on a switched Ethernet is slightly less public than on shared-medium Ethernet. However, as is easy to subvert switched Ethernet systems by means such as ARP spoofing and MAC flooding, as well as by administrators using monitoring functions to copy the traffic network, switched Ethernet is still considered an insecure network technology.

    由于数据包通常仅传递到其预期的端口,因此交换式以太网上的流量比共享式中型以太网上的流量公开程度略低。 但是,由于很容易通过ARP欺骗和MAC泛洪来破坏交换式以太网系统,并且管理员可以使用监视功能复制流量网络,因此交换式以太网仍然被认为是不安全的网络技术。

    以太网帧类型和以太类型字段 (Ethernet frame types and the Ethertype field )

    There are four Ethernet frame types:

    有四种以太网帧类型:

    • Original Ethernet Version I

      原始以太网版本I
    • The frame Ethernet Version 2 or Ethernet II frame, called DIX frame (DEC, Intel, and Xerox). It is most common today, as it is often used directly by the Internet Protocol.

      框架以太网版本2或以太网II框架,称为DIX框架(DEC,Intel和Xerox)。 今天它是最常见的,因为它通常直接由Internet协议使用。
    • Table IEEE 802.x LLC

      表IEEE 802.x LLC
    • IEEE 802.x frame * LLC / SNAP

      IEEE 802.x帧* LLC / SNAP

    Different types of frame formats and have different MTU values, but can coexist on the same physical medium.

    不同类型的帧格式具有不同的MTU值,但可以共存于同一物理介质上。

    Ethernet Version 1 of the original Xerox had a field length of 16 bits, although the maximum size of a packet was 1500 bytes. This length field was soon re-used on the Ethernet Version 2 of Xerox as a field label, with the convention that values between 0 and 1500 indicated the use of the original Ethernet format, but higher values indicated that became known as one Ethertype, and use the new frame format. This is now supported in the IEEE 802 protocols using the SNAP header.

    原始施乐的以太网版本1的字段长度为16位,尽管数据包的最大大小为1500字节。 此长度字段很快在Xerox的以太网版本2上作为字段标签重新使用,约定为0到1500之间的值表示使用原始以太网格式,但更高的值表示该名称被称为一种Ethertype,并且使用新的帧格式。 现在,使用SNAP标头的IEEE 802协议支持此功能。

    IEEE 802.x defined the field after the 16-bit MAC address as a length field again. As the format of Ethernet frames I no longer used, this allows software to determine if a frame is an Ethernet II or IEEE 802.x, allowing the coexistence of two patterns in the same physical medium. All frames have a field 802.x LLC. Examining the LLC field, you can determine if it is followed by a SNAP field.

    IEEE 802.x再次将16位MAC地址之后的字段定义为长度字段。 由于不再使用以太网帧I的格式,因此这允许软件确定帧是以太网II还是IEEE 802.x,从而允许两种模式在同一物理介质中共存。 所有帧都有一个字段802.x LLC。 检查LLC字段,您可以确定它后面是否有SNAP字段。

    The variants of 802.x Ethernet are not in widespread use on common networks. The most common type used today is Ethernet Version 2, which is already used by most networks based on Internet Protocol, with its EtherType set to 0x0800. There are techniques for encapsulating IP traffic in IEEE 802.3 frames, for example, but this is not common.

    802.x以太网的变体在通用网络上并未得到广泛使用。 当今最常用的类型是以太网版本2,该版本已被大多数基于Internet协议的网络使用,其EtherType设置为0x0800。 例如,存在用于将IP通信封装在IEEE 802.3帧中的技术,但这并不常见。

    Continued…

    继续…

    翻译自: https://www.eukhost.com/blog/webhosting/what-is-ethernet-part-1/

    以太网mac和以太网phy

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  • 什么是以太网? 以太网是与传输控制协议(TCP)和Internet协议(IP)结合使用的“链路层协议”。它描述了设备应如何格式化数据以进行传输以及随后应如何通过网络发送该数据。 以太网包括两个元素,一个“框架”和一...

    在这里插入图片描述
    以太网是一种允许单个计算机相互通信的系统,通常是最常用的局域网(LAN)技术,因此,如果您在办公室网络上使用计算机,则几乎可以肯定是通过以太网进行通信。
    什么是以太网?
    以太网是与传输控制协议(TCP)和Internet协议(IP)结合使用的“链路层协议”。它描述了设备应如何格式化数据以进行传输以及随后应如何通过网络发送该数据。
    以太网包括两个元素,一个“框架”和一个“分组”。该帧包含并定义了要传输的数据,并将包括发送和接收系统的地址,服务质量(QoS)信息和纠错信息以发现传输中的问题。
    每个帧都包含在一个数据包中,该数据包会标记用于建立连接的其他信息。可以认为这就像通过邮寄包裹。框架是指订购的物品和发货单,数据包是其寄送的容器以及地址标签。
    虽然可能只有两台链接的计算机才具有以太网,但是大多数较大的网络都使用一种称为交换机的设备,该设备将数据包定向到正确的目的地。
    最初,以太网被设计为使用同轴电缆运行,想想老式电视的天线引线。但是,如今,基础设施使用双绞线电缆更为普遍,其优点是能够与电话系统共享布线。它基本上是用于与服务提供商之间来回传输数据的系统。
    互联网
    如今,以太网已被企业广泛用于连接到Internet,并被用于广域网(WAN)中以连接多个站点,而宽带不同于宽带,这为您提供了专用的连接,而不受许多缺点的困扰。常规宽带系统,例如争用,受限制的上载速度和缓冲。尽管就兆比特每秒(Mbps)而言,以太网速度可能不会比光纤宽带快,但它具有许多关键优势,使其成为企业用户的热门选择。
    首先,这是一个专用链接,因此不会与其他用户争用,并且在高峰时间不会变慢。其次,在宽带是异步的(下载速度比上传快)的地方,以太网是同步的(双向速度相同)。对于使用基于云的服务并需要双向双向可靠信息流的企业而言,这是一个特别的优势。
    第三,因为它是面向业务的产品,所以以太网为您提供了服务级别协议(SLA)中规定的速度保证。这意味着您将始终获得保持业务平稳运行所需的速度,并能快速解决出现的任何问题。
    以太网如何交付到您的房屋?
    许多以太网Internet连接使用光纤到机柜的以太网(EoFTTC)连接,其中来自Internet服务提供商(ISP)的光纤连接到达街道机柜,然后分配到您的房屋。
    在光纤连接不易获得的地方,仍然可以通过以太网第一公里(EFM)技术受益于以太网的功能。它使用双绞线布线与信号处理技术相结合,以在铜电路上提供更快的速度。
    也可以将光纤直接连接到您的房屋。这提供了最快的连接速度,但以更长的交货时间为代价来安装电路。
    商业利益
    我们已经谈到了以太网对云用户的好处。如今,企业越来越依赖于云来存储和使用即服务软件。当然,如果您要依靠云来进行日常业务运行,则需要快速而可靠的连接。由于同步速度和专用的安全连接,以太网连接以宽带无法实现的方式提供此功能。
    由于降低了呼叫成本和灵活性,Internet协议(IP)电话是许多企业用户现在转向的另一个领域。但是,当然,使用VoIP需要可靠的快速连接,并且以太网再次具有竞争优势。您可以使用流量管理功能对流量进行优先级排序,以确保通话和数据流量不会争用带宽,因此每个人都可以继续正常工作。
    由于公司由于在多个站点或家庭工作者之间进行操作等因素而变得更加灵活地工作,因此视频会议之类的工具变得越来越重要,因为它们可以使团队保持联系并减少开销。同样,以太网连接可以提供使视频会议技术满足您的需求所需的速度和可靠性。
    作为企业,您要确保使用的工具能够胜任工作。通过以太网连接,您的服务将得到以企业为中心的SLA的支持。这意味着您可以确保可靠性和速度,并且可以快速解决任何问题,而对您的操作造成的干扰最小。

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    • 有线LAN:以太网、FDDI、Token Ring
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      (wif就是支持WLAN802.11这个协议的无线局域网)

    2.常用协议总结
    (1)按层次划分TCP/IP

    • 二层:STP Ethernet HDLC/PPP
    • 三层:rip eigrp ospf is-is bgp
    • 四层:TCP UDP
    • 应用层:DHCP DNS FTP WEB
    • 网络新技术:OpenFlow Vpls otv trill

    (2)对协议的理解
    实现某种功能的程序

    • STP:防止二层环路

    • OSPF:三层选路

    • TCP:四层可靠传输

    • DHCP:动态地址分配
      3.以太网概述
      (1)以太网的功能:局域网通信

    • 物理层:传输介质(同轴电缆、双绞线、光纤) 接口类型(同轴电缆接口、RJ45…)

    • 链路层:编址:48b MAC地址
      (2)以太网的硬件组成

    • 传输介质:同轴电缆、双绞线、光纤

    • 交换设备:交换机

    • 终端设备:网卡
      (3)以太网防止冲突方式:CSMA/CD
      以太网的几种网络拓扑
      以太网防冲突机制
      防冲突机制在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    • 冲突域:当两个比特在统一介质上同时传输就会产生冲突

    • 广播域:接收同样广播次奥西的节点的集合

    • 集线器在一个冲突域和广播域内、交换机一个接口是一个冲突域,一个VLAN是一个广播域
      在这里插入图片描述

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