以太网的发展与展望 金培权 摘　要　对以太网的发展、介质访问方法及物理层的各种实现技术作了较详细的论述，并对千兆以太网在分析优缺点的基础上进行了展望。 关键词　以太网　CSMA／CD　物理层标准 Progress and Prospect of Ethernet Jin Peiquan 　　Abstract： This paper discusses progress of Ethernet, Way of media access and implementation technology on physical level, this paper makes prospects in kilomegabit Etherent on basis of analysis on advantage and disadvantage. 　　Key words: Ethernet　CSMA/CD　standard on physical level 　　以太网，英文名为Ethernet,是当今世界上应用范围最广的一种网络技术。它最早起源于美国夏威夷大学。60年代末，该校的Norman Abramson及其同事为了将校内的IBM 360主机与分布在其它岛上的终端相连接而开发了一个无线电系统ALOHA。该系统是一个争用型网络，其上已经体现了以太网的设计思想，即信道共享和信道争用。1972年，Bob Metcalfe和David Boggs在Xerox公司的PARC(Palo Alto Research Center, Palo Alto研究中心)设计了第一个实验室以太网ALTO ETHERNET，后改名为Ethernet。此后，以太网不断地发展，到目前为止，已经诞生了7个关于以太网的标准。在对以太网进行技术标准化的同时，许多大公司如3Com,AT&T等也推出了以太网产品。如今，以太网产品已遍布世界各地，它对计算机技术的发展起了不可磨灭的作用。 1　以太网的介质访问控制方法 　　局域网根本的问题是选择介质访问控制方法，即对公共信道进行多路访问的信道分配方法。常用的介质访问控制方法有两类：即争用型和非争用型。以太网使用的是CSMA／CD技术(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,载波侦听多路访问／冲突检测)，这是一种争用型介质访问控制方法(非争用型的例子如IBM的Token Ring)。 　　以太网介质访问控制是OSI七层模型中数据链路层的任务。数据链路层实际上是由两个独立的部分组成的，即MAC 层(Media Access Control,介质访问控制)和LLC层(Logical Linking Control,逻辑链路控制)。以太网CSMA／CD是一种MAC层协议。它集中体现了以太网的设计思想。下面详细介绍CSMA／CD的工作过程：①侦听信道并同时进行冲突检测；②如果信道空闲则发送报文；③如果信道忙碌就一直侦听，直到信道出现空闲；④如果检测到信道上有多个报文的冲突发生，就立即停止发送，此时发送一个很短的阻塞报文(Jam)，以便使所有发送节点都能检测到已经发生的冲突；⑤然后采用一种特殊的随机后退算法延迟一段时间，回到第一步。 　　在OSI模型中，数据链路层传输的数据单位是帧。同样，以太网CSMA／CD也是通过帧来发送实际数据的。以太网802.3的MAC子层定义了帧结构，如下所示： 8字节 2～6字节 2～6字节 2字节 30字节 0～1500字节 4字节 前导码 目的地址 源地址 数据长度 协议首部 数据和填充字符 帧校验 其中： 　　．前导码用于物理信号的同步，包括帧定界符(SFD)，为一个字节的10101011序列； 　　．目的地址和源地址使用的是MAC地址，前三个字节称为Block ID,标志生产设备的厂家，由IEEE赋值；后三个字节称为设备ID，由厂家赋值，而且总是唯一的； 　　．数据长度指要传送的数据的总长度； 　　．协议首部使数据字段的一部分，含有更高层(层4)嵌在数据字段中的信息； 　　．数据和填充字符可从0到1200字节不等，若实际数据小于所需的最小长度，MAC将追加一些可变的填充字符(PAD)，以维持64字节的最小帧规模。若数据比1200字节长，则更高层(一般是层3)将把数据字段分成不同的帧进行传送； 　　．帧校验用来确保进行正确的传送，循环冗余校验(CRC)用来进行有效帧的检查。 另外：现行以太网使用可变长帧进行通信；IEEE802.3u(100BASE-T)MAC帧结构与IEEE802.3帧结构完全一样，只不过帧际间隙减少为1／10。 2　以太网的物理层标准 　　表1　列出了不同以太网标准的一些情况。 表1 以太网标准 IEEE规范 批准时间 速度 站／网段 网段长度 支持介质 10BASE 5 802.3 1983 10Mbps 100 500 50Ω粗同轴缆 10BASE 2 802.3a 1988 10Mbps 30 185 50Ω细同轴缆 1BASE 5 802.3c 1988 1Mbps 12/hub 250 100Ω 2对UTP-3 10BASE-T 802.3I 1990 10Mbps 12/hub 100 100Ω 2对UTP-3 10BROAD36 802.3b 1988 10Mbps 100 1800 75Ω同轴缆 10BASE-F 802.3I 1992 10Mbps 　 200 2股多模光纤 100BASE-T 802.3u 1995 100Mbps 1024 100，100+,2000 2对100ΩSTP-5/150ΩUTP-1， 4对100ΩUTP-3/4/5,2股多模光纤 　　表中内容的进一步说明： 　　1. 10BASE 5：又称为粗缆网标准。它是原始的IEEE 802.3标准，使用直径10mm的粗同轴缆，必须用50Ω/1w的电阻端接。10BASE5的网络直径≤2500m，节点距离≤500m，最多网段数5 (即5网段/4中继器)，允许每段100个节点。节点的NIC(网络接口卡)通过DB-15连接器连接到短的AUI电缆上，AUI电缆本身又连到MAU上，MAU通过一个特殊的连接器连到同轴缆上。 　　2. 10BASE 2：又称为细缆网标准。10BASE 2与10BASE 5相似，不同点是：10BASE 2只允许每段同轴缆上有30个节点，节点间最大长度降为185m,最大网络直径为925m(5x185m)。无中继器时单个网段长度≤300m。10BASE 2使用廉价的R9-5850Ω的细同轴缆，并将MAU功能和收发器/AUI电缆都集成到了NIC中，因此复杂性比10BASE 5大大降低了。NIC上的连接器使用BNC筒形连接器，取代了AUI和DB-15。 　　3. 10BASE-T：与前两种有很大的差别。10BASE-T使用2对UTP，一对发送，一对接收；同时使用RJ-45 8针模块插头作为连接器。10BASE-T使用结构化星型布线拓扑，每网段最多两个节点(hub-hub或hub-station),节点间的最大距离为100m。大多数的10BASE-T都设有发光二极管LED来指示链路是否正常。10BASE-T允许外接MAU，但大多数10BASE-T装置将MAU功能集成在DTE(NIC，网桥或交换器)或hub中。 　　4. 10BASE-F：又称光缆以太网标准。它基于光缆互连中继器(FOIRL)规范，对FOIRL进行了扩展：10BASE-F允许在光缆上连接节点；使用双工光缆(多模/单模)，一对发送，一对接收；使用ST连接器(IECBFOC/2.5微型卡口连接器)；有4套不同的光缆规范：10BASE-FP,10BASE-FB,10BASE-FL和老FOIRL规范，其中10BASE-FL是最常用的光缆以太网标准。 　　5. 100BASE-T：又称快速以太网标准。它以10倍于10BASE-T的速度传输数据。它要求有中央hub的星型布线结构，包括介质无关接口(MII)规范(MII是MAC与PHY的接口)，并允许外接收发器；使用与10Mbps以太网相同的帧结构。100BASE-T允许包括多个物理层规范，表2列出了不同物理层规范的技术特点。 表2 100BASE-T物理层规范 编码方法 传输介质 信号频率(Mhz) 发送线对数 网段长度(m) 全双工能力 100BASE-TX 4B/5B 2对UTP-3/4/5 125 1 100 有 100BASE-T2 PAM5x5 2对UTP-3/4/5 25 1 100 有 100BASE-T4 8B/6T 4对UTP-3/4/5 25 3 100 无 100BASE-FX 4B/5B 2对单模/多模光纤 125 1 150/412/2000① 有 　注：1.中继器-DTE：150m； 多模DTE-DTE:412m; 多模全双工DTE-DTE:2000m; 单模DTE-DTE：10000m。 3　以太网的未来发展—千兆以太网 　　随着Internet、Intranet的飞速发展，越来越多的网络应用对网络提出了高速要求。1996年7月，IEEE802.3工作组成立了802.3z千兆以太网特别小组，开始对千兆以太网技术进行标准化。IEEE 802.3z第一轮投票已于1997年8月举行并获通过，1997年9月进行了一些小的修改。 　　千兆以太网使用802