以太网的诞生及工作原理

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以太网的诞生

1973 年“以太网”这个词语出现

1973年,在施乐公司工作的鲍勃·梅特卡夫(Bob Metcalfe)与其同事们尝试运行连接众多计算机和打印机的网络,这个网络是世界上第一个个人计算机局域网网络,网络基于同轴电缆,运行速率为2.94Mbps。网络运行的这一天,鲍勃·梅特卡夫写了一段备忘录,里面就有这个经典的以太网如何工作的简图。这是以太网(Ethernet)第一次以完整的词出现。

以太网的诞生及工作原理

1977 年以太网正式诞生

1977年,鲍勃·梅特卡夫和他的合作者获得了“具有冲突检测的多点数据通信系统”的专利。从此,以太网就正式诞生了。

1980 年以太网技术的标准化和商品化

在鲍勃·梅特卡夫的努力之下,施乐和迪吉多联合起来,致力于以太网技术的标准化和商品化。芯片巨头英特尔也加入了这个联盟,负责提供这方面的指导。

1980年9月,迪吉多、英特尔和施乐共同发布了以太网蓝皮书,并开始实施以太网规范,这个标准也被称DIX以太网1.0规范或者DIX80规范。

1990 年官方机构与官方标准

1985年,IEEE成为发布以太网标准的官方机构。

1990年,IEEE发布了10Base-T以太网CAT-3双绞线布线标准,并成为了局域网部署标准。自此,双绞线开始逐步替代同轴电缆成为以太网的主流通讯介质。

以太网的诞生及工作原理

以太网工作原理与基础

在初步了解了以太网的诞生和前期发展之后,我们再来了解一下以太网的原理。

以太网采用的是带冲突检测的载波帧听多路访问冲突检测(CSMA/CD)机制。我们先来看一下什么是CSMA/CD。

CS:载波侦听(Carrier Sense),发送数据之前进行侦听,确保线路空闲时再发送数据,减少冲突机会。

MA:多路访问(Multiple Access),每个站点发送的数据,可同时被多个站点接收。也即网络上所有的工作站共享数据信道,并且以广播方式发送数据。

CD:冲突检测(Collision Detection),边发送边检测,发现冲突就停止发送,然后延迟一个随机时间之后继续发送。

CSMA/CD机制的优点是原理比较简单,技术上容易实现,网络中各工作站处于平等地位,不需集中控制,不提供优先级控制。但是缺点也是显而易见的,在网络负载增大时,发送时间增长,发送效率急剧下降。

采用载波帧听多路访问冲突检测(CSMA/CD)机制的以太网工作原理是:通过网络线缆发送数据前网卡先侦听信道是否空闲,若空闲则立即发送数据。在发送数据时,网卡边发送边继续侦听。若侦听到冲突,则立即停止发送数据,等待一段随机时间后再重新尝试发送。

从这个工作原理我们很容易发现:

1、这是一个共享式网络,网络上所有的设备共享带宽
2、网络的物理拓扑是总线型的

为了能够适应多设备的组网,尤其是为了能够实现星型的网络拓扑,集线器(HUB)出现了。集线器(HUB)是属于纯硬件网络底层设备,它可以将多个节点集中在以它为中心的节点上,也就实现了网络拓扑从总线型向星型的转变,同时有源的集线器(HUB)还具备将接收到的数字信号整形放大后转发出去的功能。集线器(HUB)在工作的时候,当其中一个端口接收到数据信号时,集线器(HUB)将此信号整形放大,紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上。

以太网的诞生及工作原理

集线器(HUB)组成的网络虽然改变了网络拓扑,将网络从总线型转变为星型,但从集线器(HUB)工作方式可以看出,它在网络中只起到信号放大和重发作用,其目的是扩大网络的传输范围,而不具备信号的定向传送能力。以集线器(HUB)组成的网络仍然是共享式以太网,所有设备共享带宽。

随着技术的进一步发展,为了能够为网络节点提供独享式的带宽、更好的解决网络传输冲突的问题,一种新的设备应用而生了,这种设备就是二层交换机。

二层交换机的大量应用彻底解决了困扰以太网的冲突问题,极大地改善了以太网的通讯性能,并且实现了以太网安全性的提高,以太网从此进入了飞跃发展的阶段。

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