以太网是什么

以太网是一种计算机局域网技术。IEEE 802.3标准确立了以太网的技术标准，包括物理层连接、电子信号和媒体接入层协议。以太网是目前应用最广泛的局域网技术，取代了令牌环、FDDI、ARCNET等其他局域网技术。

以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准确立了以太网的技术标准，规定了物理层、电子信号的连接以及媒体接入层协议的内容。以太网是应用最广泛的局域网技术，取代了令牌环、FDDI、ARCNET等其他局域网技术。

简介

以太网是现实世界中最流行的计算机网络。以太网有两种类型:第一种是经典以太网，第二种是交换式以太网，它使用一种称为交换机的设备来连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3到3~10 Mbps不等。交换式以太网是一种应用广泛的以太网，可以运行在100、1000和10000兆位/秒，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式出现。

以太网的标准拓扑是总线拓扑，但目前的快速以太网(100BASE-T，1000BASE-T标准)，为了减少冲突，可以提高网速，最大化使用效率，使用集线器进行网络连接和组织。于是，以太网的拓扑变成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线拓扑和CSMA/光盘(载波侦听多路访问/冲突检测)总线技术。

以太网实现了网络上无线电系统的多个节点发送信息的思想。每个节点都必须获得电缆或通道来传输信息，这有时被称为以太网。(名字来源于19世纪物理学家假设的电磁辐射介质——光学以太。后来的研究证明，轻醚不存在。每个节点都有一个世界上唯一的48位地址，即厂商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上的所有节点都能相互认证。因为以太网非常普遍，所以很多厂家直接把以太网卡集成到电脑主板上。

起源

以太网的故事开始于ALOHA时期，确切的时间是在一个叫鲍勃·麦卡夫的学生从麻省理工学院获得学士学位，并搬到河对岸的哈佛大学攻读博士学位之后。在学习期间，他接触到了艾布拉姆森的作品，对其非常感兴趣。从哈佛毕业后，他决定留在夏威夷度假，然后去施乐帕洛阿尔托研究中心帮助艾布拉姆森工作。当他去帕洛阿尔托研究中心时，他看到那里的研究人员设计和制造了后来被称为个人电脑的机器，但这些机器都是单独的；他和他的同事大卫·博格斯利用从帮助艾布拉姆斯工作中获得的知识设计并实现了第一个局域网。局域网使用长而粗的同轴电缆，运行速度为3Mbps。

他们把这个系统命名为以太网，人们曾经认为电磁辐射可以通过它传播。

相关技术

共享媒体

载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/光盘)技术提供了一种多台计算机共享一个通道的方法。这项技术最早出现在20世纪60年代夏威夷大学开发的ALOHAnet中，它使用无线电波作为载体。这种方法比令牌环网或主控网简单。当计算机想要发送信息时，在以下操作和状态之间切换:

开始-如果线路空空闲，开始传输，否则跳到步骤4。

发送-如果检测到冲突，继续发送数据，直到达到最小回声接收间隔，以确保所有其他中继器和终端检测到冲突，然后跳转到步骤4。

传输成功-向更高层网络协议报告传输成功，并退出传输模式。

线路忙-等待线路空空闲。

线路空空闲-在达到最大尝试次数之前，以随机间隔转至步骤1，然后重试。

超过最大传输尝试次数-向更高层网络协议报告传输失败并退出传输模式。

因为所有的通信信号都在共享线路上传输，所以即使信息只打算发送到一个目的地，它也会以广播的形式发送到线路上的所有计算机。一般情况下，网络接口卡会过滤掉不发送给自己的信息，只有在收到目的地址是自己的信息时才会向CPU发送中断请求，除非网络接口卡处于混杂模式模式。这种“一说一听”的特点，是共享媒体以太网的安全弱点，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，例如断电后所有网络终端都重新启动时。

中继器

由于信号衰减和延迟，以太网段根据不同的介质有距离限制。例如，10BASE5同轴电缆的最大距离为500米(1640英尺)。最大距离可以通过以太网中继器实现，它可以放大电缆中的信号，然后传输到下一段。中继器最多可以连接5个网段，但只能有4个设备(即一个网段最多可以连接4个中继器)。这样可以缓解电缆断裂带来的问题:当一根同轴电缆断开时，该段上的所有设备都无法通信，中继器可以保证其他网段的正常运行。

与其他高速总线类似，以太网段必须在两端用电阻端接。对于同轴电缆，电缆两端的终端必须用50欧姆的电阻和称为“终端器”的辐射器连接。如果不这样做，电缆就会断开:总线上的交流信号到达端子时会被反射，但无法消散。反射的信号将被视为冲突，从而阻止通信继续。中继器可以电气隔离连接到它的两个网段，增强和同步信号。大多数中继器都有一个叫“自动隔离”的功能，可以隔离冲突太多或者冲突持续时间太长的网段，这样其他网段就不会受到损坏部分的影响。中继器可以在检测到冲突消失后恢复网段的连接。

经典以太网

经典的以太网用一根长长的电缆缠绕在大楼周围，连接着所有的电脑。

物理层

每个版本的以太网都有最大电缆长度的限制(即没有放大的长度)。这个范围内的信号可以正常传播，超出这个范围的信号不能传播。为了构建更大的网络，可以通过中继器连接多条电缆。中继器是一种物理层设备，可以双向接收、放大和转发信号。

在这些电缆上，曼彻斯特编码用于信息传输。

交换式以太网

以太网发展迅速，从典型的单根长电缆的以太网结构演变而来。单根电缆的问题，如找出断裂或松动的位置，驱使人们开发不同类型的布线模式。在这种模式下，每个站点都有一条专用线路连接到一个中央集线器。集线器只是将所有的连接线电连接起来，就像将它们焊接在一起一样。集线器不能增加容量，因为它们在逻辑上等同于单根电缆的经典以太网。随着越来越多的站点加入，每个站点共享的固定容量份额减少。最终局域网会饱和。

还有另一种方法来应对不断增加的负载:交换式以太网。交换式以太网的核心是交换机，它包含一个连接所有端口的高速背板。从外部来看，交换机与集线器非常相似。它们都是盒子，通常有4-48个端口，每个端口都有一个标准的RJ-45连接器，用于连接双绞线电缆。交换机只将帧输出到帧想要到达的端口。一台机器可以通过简单地插入或拔出电缆来完成或删除，由于芯片电缆或端口通常只影响一台机器，大多数错误很容易发现。这种配置模式仍然有一个问题，即共享组件出现故障，即交换机本身出现故障。如果所有站都失去网络连接，IT人员知道如何解决这个问题:更换整个交换机。

交换式以太网架构如下:

类型

早期以太网

兆位以太网

施乐以太网(Xerox Ethernet)是以太网的原型。最初的2.94兆位/秒以太网只在施乐内部使用。1982年，施乐与DEC、英特尔组成DIX联盟，共同发布了以太网版本2(EV2)的规范，投放商场市场并广泛使用。EV2的网络是目前IEEE认可的10BASE5。

10 broad 36-过时。支持长距离以太网的早期标准。它作为一种类似于电缆调制解调器系统的宽带调制技术用于同轴电缆。

1base5-也称为星形局域网，速率为1兆位/秒..这是商业上的失败，但也是双绞线的首次使用。

10兆位/秒以太网

10BASE5(也叫粗以太网或黄线)——最早实现10兆位/秒以太网。在早期的IEEE标准中，使用单根RG-11同轴电缆，最大距离为500米，最多可以连接100台电脑的收发器，电缆两端必须连接50欧姆的终端电阻。接收端通过所谓的“插入式抽头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终端使用n型连接器。虽然由于早期部署，仍有一些系统在使用，但这个标准实际上被10BASE2所取代。

10BASE2(也叫瘦以太网或模拟网)10base5以后的产品使用RG-58同轴电缆，最长传输距离200m左右(实际上是185m)，只能连接30个计算器。计算器通过使用t型适配器的BNC连接器连接到网卡，线路两端需要50欧姆的终端。虽然在性能和规格上不如10BASE5，但由于其导线细、接线方便、成本低而被广泛使用和淘汰。由于双绞线的普及，也已经被各种双绞线网络取代。

starlan-在第一对双绞线上实现的10兆位/秒以太网标准。然后发展成10BASE-T..

10BASE-T──100米使用三类双绞线、四类双绞线和五类双绞线的四根电线(两对双绞线)。以太网集线器或以太网交换机位于中间，用于连接所有节点。

光纤中继链路。光纤以太网上的原始版本。

10 base-f──10 Mbps以太网光纤标准的通称，2km。只有10BASE-FL应用广泛。

10BASE-FL──foil标准的FOIRL升级版。

10 base-FB-用于连接多个集线器或交换机的主干网络技术已被放弃。

10 base-FP-无源无中继星形网络没有实际应用案例。

100兆位/秒以太网(快速以太网)

参见:100兆以太网

快速以太网是IEEE 1995年发布的在线标准，可以提供100Mbps的传输速度。

100 base-T & # 8211；以下三种100 Mbit/s双绞线标准是公知的，最大距离为100米。

100 base-TX & # 8211；10BASE-T类似于恒星结构。使用两对电缆，但要求5类电缆达到100兆位/秒..

100 base-T4 & # 8212；使用3类电缆，使用全部4对电线，半双工。由于5类线路的普及，已经被放弃了。

100 base-T2 & # 8212；没有产品。使用3类电缆。全双工支持两对线路，功能相当于100BASE-TX，但支持旧电缆。

100 base-FX & # 8211；使用多模光纤，支持高达400米、半双工连接(确保碰撞检测)和2公里全双工。

100VG AnyLAN & # 8212只有在惠普的支持下，VG才首次出现在市场上。需要四对三级电缆。还有人怀疑VG不是以太网。

1Gbps以太网

1000 base-T & # 8211；1 Gbit/s介质超过5类双绞线或6类双绞线。

1000BASE-SX & # 8211；1 Gbit/s多模光纤(根据频率和光纤半径，使用多模光纤时最长距离在220M到550M之间)。

1000 base-LX & # 8211；1 Gbit/s多模光纤(小于550M)和单模光纤(小于5000M)。

1000 base-LX10 & # 8211；1 Gbit/s单模光纤(小于10KM)。长途方案

1000 base-LHX & # 8211；1 Gbit/s单模光纤(10KM至40KM)。长途方案

1000 base-ZX & # 8211；1 Gbit/s单模光纤(40千米至70千米)。长途方案

1000 base-CX & # 8211；铜缆上1Gbps的短距离(小于25 m)方案。大于1000BASE-T，已被丢弃。

10Gbps以太网

请参阅:万兆以太网

新的万兆以太网标准包含七种不同的类型，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，未来将并入IEEE 802.3标准。

10g base-CX4 & # 8212；短距离铜缆方案用于InfiniBand4x连接器和CX4电缆，最大长度为15m。

10g base-SR & # 8212；根据电缆类型可以达到26-82m，使用新的2GHz多模光纤可以达到300m。

10g base-LX4 & # 8212；波分复用用于支持240-300米的多模光纤和10千米以上的单模光纤。

10GBASE-LR和10g base-ER & # 8212；通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同步光纤网络/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR、10GBASE-LR、10GBASE-ER，所以同一根光纤支持的距离是一致的。(没有广域网PHY标准)

10g base-T & # 8211；使用屏蔽或非屏蔽双绞线和卡特彼勒6A电缆来支持至少100米的传输。CAT-6电缆还支持短距离的10GBASE-T。

100Gbps以太网

参见:100克以太网

新的40G/100G以太网标准于2010年年中完成，包括几种不同的节流类型。目前使用附加标准IEEE 802.3ba。

40GBASE-KR4 & # 8212；背板方案，最小距离1m。

40 GBASE-CR4/100 GBASE-CR10 & # 8212；短距离铜缆方案，最大长度7m左右。

40 GBASE-SR4/100 GBASE-SR10 & # 8212；用于短距离多模光纤，长度至少100米。

40 GBASE-LR4/100 GBASE-LR10 & # 8212；采用单模光纤，距离10公里以上。

100 GBase-ER4 & # 8212；采用单模光纤，距离超过40公里。

以太网交换机测试技术

试验项目

性能指标通过专用以太网测试仪器进行测试，这些性能指标的测试结果也可以评价局域网系统是否满足验收要求。从GBT21671-2008《基于以太网的局域网系统验收评估规范》可知，局域网性能也可以通过测量网络吞吐量、传输延迟、丢包率等性能指标来判断。以太网测试仪是一个强大而耐用的测试平台，适合现场使用。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支持各种数据流测试。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的电气和光纤端口链路。由于验收检查中各种条件的限制，它可以支持点对点或路由网络的测试，用于交换机的日常测试。

存在的问题

现代测试仪器的总体特点是高可靠性、高性能和高适用性。所以国内测试产品与国外产品的差距就体现在这方面。虽然国内一些测试设备在某些性能指标上接近国际先进水平，但设备综合性能指标符合国际标准的产品一般很少。另外，国内的测试仪器多为通用规格，无法满足某些特殊环境下的测试工作。自动化测试低也是一个普遍问题。

开关测试技术

如今，交换机在应用需求的指导下，对交换机的性能提出了新的要求。网络综合服务、安全和智能化有了新的发展。协议测试是一项基本的交换机测试技术。网络协议的提出是为了提高测试效率和通信有效性，保证通信规则。在网络通信日益扩大的时代，网络协议也是必不可少的，网络协议的基本要求是功能正确、互操作性好、性能优越。协议测试最初的原型是软件测试，主要包括黑盒测试、白盒测试和灰盒测试。

存在的问题

吞吐量是以太网测试的重要指标。许多工程师认为，以太网交换吞吐量应该是其线路速率，也就是说，在100%的流量下不会发生数据包丢失，并且以太网帧间隔IFG小于96位是非法的。然而，在以太网交换吞吐量和丢包率的测试中，线速条件下的长时间误码测试往往会出现少量丢包，这是以太网跨时钟域架构造成的。

随着工业以太网技术的快速发展和应用，出现了很多网络问题。据西门子提供的统计，网络通信故障率占70%以上，网络设备故障率不到30%。系统因网络故障停机后，故障诊断和定位所需时间占系统总停机时间的80%以上，而维护措施占不到20%。因此，实时监控和分析网络流量是工业以太网发展和应用中的一个主要问题。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着至关重要的作用。

车辆以太网

传统的以太网协议采用载波侦听多路访问和冲突检测技术。因此，数据包延迟、排序和可靠性都不能满足车载网络的实时性要求，所以普通的车载局域网仍然是基于CAN的实时现场总线协议。但是随着汽车电子技术的爆炸式发展，ECU的数量越来越多，车内通信中也包含了视听娱乐信号，使得传统的高实时、低带宽的车载总线已经不适应汽车电子的发展趋势。

经过长期研究，国际电子电气工程师协会(IEEE)于2016年批准了首个车载以太网标准“100BASE-T1”，该标准基于BroadR。博通的Reach解决方案。它在物理层使用单对非屏蔽双绞线电缆，采用更优化的加扰算法来降低信号相关性，增加实时性，可以在车内提供100Mbps的高实时带宽。

高速以太网在汽车干扰环境中的通信质量是一个需要研究的关键问题。尤其是100BASE。T1网络，非屏蔽电缆更容易受到电流浪涌和电磁干扰的影响，导致性能不稳定，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，用于测试信号传输设备的回波损耗、定时抖动、最大输出压降等性能；RFC2544标准提供了以太网延迟、吞吐量和丢包率等主要性能指标的测试方法。但这些常用方法都是基于传统以太网，不支持100BASE-TI车载以太网，也没有考虑车辆环境的干扰特性。