扩展的以太网及高速以太网
扩展以太网
在多数情况下，我们希望对以太网的覆盖范围进行扩展。本节讨论在物理层和数据链路层对以太网扩展，这种扩展的以太网在网络层看来仍然是一个网络。
在物理层扩展以太网
扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤（通常是一对光纤）和一对光纤调制解调器让主机和几公里外的集线器相连接。
光纤调制解调器的作业用就是进行电信号和光信号的转换。
如果使用多个集线器，就可以连接成覆盖更大范围的多级星形结构的以太网。如，一个学院的三个系各有一个10BASE-T以太网，可通过一个主干集线器把各系的以太网连接起来，成为一个更大的以太网。优缺点如下:
- 优点：||使这个学院不同系的以太网上的计算机能够进行跨系的通信；||扩大了以太网覆盖的地理范围。
- 缺点：||互连之前，每个系都是一个独立的碰撞域（冲突域），连接之后三个碰撞域变成一个碰撞域（范围扩大到三个系）；||如果不同的系使用不同的以太网技术（如数据率不同），那么就不可能用集线器将它们互连起来。
在数据链路层扩展以太网
扩展以太网更常用的方法就是在数据链路层进行。最初，用网桥对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤。1990年，交换式集线器（以太网交换机或第二层交换机） 淘汰了网桥，强调这种交换机 工作在数据链路层。
一、以太网交换机的特点
- 以太网交换机的实质就是一个多接口的网桥，还具有并行性，既能同时连通多对接口，使多对主机能够同时通信。相互通信的主机都是独占传输媒体的，无碰撞地传输数据 （最大优点），因此对于拥有10个10Mbit/s接口的交换机的总容量则为100Mbit/s。
- 以太网交换机的接口还有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存。
- 以太网交换机是一种即插即用的设备，其内部的帧的交换表（地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。
- 以太网交换机一般都具有多种速率的接口
- 许多以太网交换机采用存储转发方式进行转发，但有一些采用直通的交换方式。（优：提高帧的转发速度；缺：不检查差错直接转发）
二、以太网交换机的自学习功能
假定以太网交换机有4个接口，各连接一台计算机，其MAC地址分别为A，B，C和D。交换表存有MAC地址和接口、
- A向B发送一帧，从接口1进入到交换机；
- 开始，以太网交换机里的交换表是空的；
- 交换机向除1外的所有接口广播这个帧，C,D因MAC地址不对而丢弃该帧，只有B收下该帧，该过程称为过滤。
- 则（A,1），（B,2）被写入表中，同理求得去往C，D的接口。
在交换表中每个项目都设有一定的有效时间，过期的项目会被自动删除，以此来保证交换表中的数据都符合当前网络的实际状况。为增加网络的可靠性，往往会增加一些冗余的链路，但在自学习的过程中就可能导致该帧在以太网的某环路中兜圈子。
为解决兜圈子，IEEE的 802.1D标准中制定了一个生成树协议STP，不改变网络的实际拓扑，在逻辑上切断某些链路，使从一台主机到所有其他主机的路径是无环的树状结构。
三、从总线以太网到星形以太网
随着以太网上站点数目的增多，总线结构的可靠性下降，同时大规模集成电路以及专用芯片的发展，使得星形结构的以太网交换机可以做得即便宜又可靠。
总线以太网使用CSMA/CD协议，以半双工方式工作。但以太网交换机不使用共享总线没有碰撞问题，所以不使用CSMA/CD协议，以全双工方式工作。因为它仍然采用以太网的帧结构，所以还叫做以太网。
虚拟局域网
虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
由图可知，每一个VLAN的计算机可处在不同的局域网中，也可以不在同一层楼中。在虚拟局域网上的每一个站都可以收到同一个虚拟局域网上的其他成员所发出的广播。
虚拟局域网限制了接收广播信息的计算机数，使得网络不会因为传播 过多的广播信息（广播风暴） 而引起性能恶化。
1988年IEEE批准了 802.3ac标准，定义了以太网的帧格式的扩展，以便支持虚拟局域网。如图，
插入VLAN标记得出的帧称为802.1Q帧，VLAN标记的前两个字节总是设置成0x8100（二进制10000001 00000000），称为IEEE 802.1Q标记类型。在后两个字节中，前3位是用户优先级字段，接着的一位是规范格式指示符CFI，最后十二位是该虚拟局域网VLAN标识符VID，它唯一地标志了这个以太网帧属于哪一个VLAN。
高速以太网
100BASE-T以太网
100BASE-T是在双绞线上传送100Mbit/s基带信号的星形拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议，又称为快速以太网。
下表为100Mbit/s以太网的物理层标准
| 名称 | 媒体 | 特点 |
|---|---|---|
| 100BASE-TX | 铜缆 | 两对UTP5类线或屏蔽双绞线STP |
| 100BASE-T4 | 铜缆 | 4对UTP3类线或5类线 |
| 100BASE-FX | 光缆 | 两根光纤，发送和接收各用一根 |
在标准中，把上述的100BASE-TX和100BASE-FX合称为100BASE-X。
吉比特以太网
特点：
- 允许在1Gbit/s下以全双工和半双工两种方式工作；
- 使用IEEE802.3协议规定的帧格式；
- 在半双工方式下使用CSMA/CD协议（必须进行碰撞检测），而在全双工方式下不使用CSMA/CD协议；
- 与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。
吉比特以太网的物理层使用两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种是美国国家标准协会ANSI制定的光纤通道FC。
吉比特以太网采用“载波延伸”的方法填充短帧。分组突发就是当有许多短帧要发送时，用载波延伸进行填充然后一个一个的发送，之间需要留有必要的帧间最小间隔。（全双工时不使用载波延伸和分组突发）
10吉比特以太网（10GE）和更快的以太网
10GE的帧格式与10Mbit/s，100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同，并保留了802.3标准规定的以太网最小帧长和最大帧长。10GE只工作在全双工方式，不存在争用问题，不使用CSMA/CD协议。
端到端的以太网传输，优点：
- 以太网是一种经实践证明的成熟技术；
- 互操作性好；
- 性价比高，能适应多种传输媒体；
- 帧格式相同，简化操作和管理。
以太网从10Mbit/s到10Gbit/s甚至到100Gbit/s的演进，证明了以太网是：
- 可扩展的
- 灵活的
- 易于安装
- 稳健性好
使用以太网进行宽带接入
以太网接入的一个重要特点是它可以提供双向宽带通信，并且可以根据用户对带宽的需求灵活地进行宽带升级。因不需要进行帧格式的转换，而提高了数据的传输效率且降低了传输成本。
PPPoE（PPP over Ethernet），即把PPP协议中的PPP帧再封装到以太网中来传输。