以太网的发展简史

目录

一、以太网名称的来源

二、以太网的传输介质

   1.同轴电缆

粗缆

细缆

   2.双绞线

双绞线的绕对组合

双绞线的分类

   3.光纤

   1.光纤的分类

   2.HFC网

三、共享介质型网络

   1.争用方式（CSMA，载波监听多路访问）

   2.令牌传递方式

   3.交换集线器

四、非共享介质型网络

五、补充

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一、以太网名称的来源

     以太网最早是由美国的Xerox公司与前DEC公司设计的一种通信方式，当时命名为Ethernet。之后由IEEE802.3委员会将其规范化。因此以太网有时也叫802.3以太网。Ether(以太)意为介质。以太网的连接介质有同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质。

二、以太网的传输介质

   1.同轴电缆

     早期的以太网一般是一根同轴电缆连接多台终端，因此通过这种连接方式形成的网络叫做共享介质网络。IEEE802.3中使用两种同轴电缆，分别为10BASE5（又名粗缆）和10BASE2（又名细缆），并且都保持10Mbps的传输速率。

• 粗缆

     连接粗缆时必须安装收发器，且可以在不影响其他设备使用的情况下增设收发器，收发器和PC端的NIC（Network Interface Card，网卡）之间通过收发器电缆连接。

 

• 细缆

     与粗缆不同的是，10BASE2通过BNC（又称T型连接器）与设备连接，但是新增线路时需要切断电缆。

 

   2.双绞线

   双绞线电缆（简称双绞线）是将成对的导线封装在绝缘外套中而成的传输介质，具有比一般导线更强的抗噪性。双绞线有很多种类型。因为其便宜，短距离传输快的优点，已经成为目前以太网（10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T）中最常用的布线材料。

• 双绞线的绕对组合

   通常两根铜线组成一个绕对，四个绕对（两个发送数据，另外两个发送指令，以实现全双工通信）用套管包成一条双绞线。双绞线两端可以连接交换机、集线器（现在很少人用了，相当于交换机的前身）等通信设备。

• 双绞线的分类

   双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）和非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）两种。UTP的内部有一个个绕对，而STP在套层和绕对之间添加了一个绝缘的屏蔽层，可以防止电磁的干扰，如图：

     虽然STP比UTP的抗干扰性更强，但布线复杂和昂贵的价格是它的主要缺点。 

   3.光纤

     光纤的主要应用场景为：实现同轴电缆和双绞线无法实现的远距离连接；防止噪声等外界的干扰；为了高速传输。

   1.光纤的分类

• 多模光纤

     多模光纤的纤芯直径较大，易于制作，可以同时传播多种波长的光（通过折射）。一般实现100Mbps左右的通讯可以采用多模光纤。但是因为模间色散程度较大，所以多模光纤的传输距离一般只有几公里。

• 单模光纤

     单模光纤的纤芯一般为数微米，对制造工艺的要求较高。由于其中模间的色散很小（材料色散和波导色散），所以适用于远距离的高速通讯。

   2.HFC网

     HFC（Hybrid Fiber Coax，光纤同轴混合网）是目前覆盖面很广的有线电视网。在HFC网中，光纤作为主干线路。

     如下图，模拟光纤从头端连接到光纤结点，在结点处，光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆。

 

     

三、共享介质型网络

     从通信介质方面看，网络可以分为共享介质型和非共享介质型两种。

     共享介质型网络指的是多个设备共享一个通信介质。比如早期的以太网（主要的传输介质-同轴光缆）和FDDI（光纤分布式数据接口）就是典型的介质共享型网络。因为设备在同一条信道上进行信息传输，所以一般使用半双工通信以防止冲突的发生，并且需要对介质进行访问控制。在共享型网络中，有两种介质访问控制的方式：争用方式和令牌传递方式。

   1.争用方式（CSMA，载波监听多路访问）

     争用方式通俗地讲就是先到先得，如果多个站同时发送帧，则会发生冲突，导致网络拥堵。如图：

     为了解决这种问题，大部分以太网采用了CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection）的方式。CSAM/CD要求每个站提前检查冲突，当发生冲突时，尽快地释放信道。工作原理如下：

     1.如果信道上无数据传输，则任何站都可以发送数据。

     2.检查是否发生冲突，如果发生了冲突，则放弃发送数据，释放信道。

     3.随机等待一段时间，再重新争用介质，重新发送数据。

     PS：检查冲突的方法是检查电压是否超过了规定范围，这种方式使用在同轴电缆中。

   2.令牌传递方式

     令牌传递的方式是沿着令牌环发送一种叫做“令牌”的报文，只有获得令牌的站才能发送数据，不会发生冲突，每个站有相同的获得令牌的机会。但是没有获得令牌的站不能发送数据帧，存在浪费，所以之后又衍生出了早期令牌释放、令牌追加等方式。

 

 

   3.交换集线器

     在使用同轴电缆的以太网等介质共享型网络中，同一时间只能有一台主机发送数据，当主机数量增多时，通信性能就会明显地下降。若将集线器等设备以星型连接，就会出现一种新的设备——交换集线器。其实是将非共享介质型网络中交换机的技术使用在介质共享网络中，因此交换集线器也可以叫以太网交换机，或者直接叫做“交换机”

四、非共享介质型网络

     非共享介质型网络是指不共享介质，对介质采取专用的一种传输控制方式。在这种方式下，交换机负责转发数据帧，发送端和接收端并不共享通信介质，通常采用全双工的通信方式，不需要CSMA/CD的机制就能实现高效的通信。同时还可以搭建虚拟局域网，进行流量控制。如图，A和D之间可以随时实现通讯。

     当交换机接受一个数据帧时，若目标地址已知，则发送到目标地址的端口，如果是广播地址或者不认识的MAC地址，则进行广播。 

五、补充

          这里只是以太网的简史，更多以太网的内容，如非共享介质型网络等等，可以看数据链路层-另一篇文章