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什么是以太網和以太網交換機

什么是以太網

以太網(Ethernet)是一種計算機局域網技術。IEEE組織的IEEE 802.3標準制定了以太網的技術標準，它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號和介質訪問層協(xié)議的內容。以太網是目前應用最普遍的局域網技術，取代了其他局域網標準如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。

以太網的標準拓撲結構為總線型拓撲，但目前的快速以太網(100BASE-T、1000BASE-T標準)為了減少沖突，將能提高的網絡速度和使用效率最大化，使用交換機(Switch hub)來進行網絡連接和組織。如此一來，以太網的拓撲結構就成了星型;但在邏輯上，以太網仍然使用總線型拓撲和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即載波多重訪問/碰撞偵測)的總線技術。

以太網實現(xiàn)了網絡上無線電系統(tǒng)多個節(jié)點發(fā)送信息的想法，每個節(jié)點必須獲取電纜或者信道的才能傳送信息，有時也叫作以太(Ether)。(這個名字來源于19世紀的物理學家假設的電磁輻射媒體-光以太。后來的研究證明光以太不存在。) 每一個節(jié)點有全球唯一的48位地址也就是制造商分配給網卡的MAC地址，以保證以太網上所有節(jié)點能互相鑒別。由于以太網十分普遍，許多制造商把以太網卡直接集成進計算機主板。

以太網通訊具有自相關性的特點，這對于電信通訊工程十分重要。

共享介質

帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)技術規(guī)定了多臺計算機共享一個通道的方法。這項技術最早出現(xiàn)在1960年代由夏威夷大學開發(fā)的ALOHAnet，它使用無線電波為載體。這個方法要比令牌環(huán)網或者主控制網簡單。當某臺計算機要發(fā)送信息時，在以下行動與狀態(tài)之間進行轉換：

1.開始- 如果線路空閑，則啟動傳輸，否則跳轉到第4步。

2.發(fā)送- 如果檢測到沖突，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據直到達到最小回報時間(min echo receive interval)以確保所有其他轉發(fā)器和終端檢測到沖突，而后跳轉到第4步。

3.成功傳輸- 向更高層的網絡協(xié)議報告發(fā)送成功，退出傳輸模式。

4.線路繁忙- 持續(xù)等待直到線路空閑。

5.線路空閑- 在尚未達到最大嘗試次數(shù)之前，每隔一段隨機時間轉到第1步重新嘗試。

6.超過最大嘗試傳輸次數(shù)- 向更高層的網絡協(xié)議報告發(fā)送失敗，退出傳輸模式。

就像在沒有主持人的座談會中，所有的參加者都透過一個共同的介質(空氣)來相互交談。每個參加者在講話前，都禮貌地等待別人把話講完。如果兩個客人同時開始講話，那么他們都停下來，分別隨機等待一段時間再開始講話。這時，如果兩個參加者等待的時間不同，沖突就不會出現(xiàn)。如果傳輸失敗超過一次，將延遲指數(shù)增長時間后再次嘗試。延遲的時間透過截斷二進制指數(shù)后移(truncated binary exponential backoff)算法來實現(xiàn)。

最初的以太網是采用同軸電纜來連接各個設備的。計算機透過一個叫做附加單元接口(Attachment Unit Interface，AUI)的收發(fā)器連接到電纜上。一條簡單網路線對于一個小型網絡來說很可靠，而對于大型網絡來說，某處線路的故障或某個連接器的故障，都會造成以太網某個或多個網段的不穩(wěn)定。

因為所有的通信信號都在共享線路上傳輸，即使信息只是想發(fā)給其中的一個終端(destination)，卻會使用廣播的形式，發(fā)送給線路上的所有計算機。在正常情況下，網絡接口卡會濾掉不是發(fā)送給自己的信息，接收到目標地址是自己的信息時才會向CPU發(fā)出中斷請求，除非網卡處于混雜模式(Promiscuous mode)。這種“一個說，大家聽”的特質是共享介質以太網在安全上的弱點，因為以太網上的一個節(jié)點可以選擇是否監(jiān)聽線路上傳輸?shù)乃行畔ⅰ９蚕黼娎|也意味著共享帶寬，所以在某些情況下以太網的速度可能會非常慢，比如電源故障之后，當所有的網絡終端都重新啟動時。

什么是以太網交換機

以太網交換機是基于以太網傳輸數(shù)據的交換機，以太網采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網。以太網交換機的結構是每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無沖突地傳輸數(shù)據。

接口

以太網包括三種網絡接口：

1. RJ-45接口這種接口應用最為普遍。因其適配線纜\傳輸介質制作簡單，傳輸速率快。支持的雙工工作方式齊全。

2. BNC所用的傳輸介質為細同軸電纜，當前已不常見。不要以為一講以太網就都是RJ-45接口的，只不過雙絞線類型的RJ-45接口在網絡設備中非常普遍而已。

3. AUI所用的傳輸介質為粗同軸電纜。當前多是廣電寬帶采用同軸電纜作為網絡傳輸介質，范圍不廣。為了在RJ-45接口的基礎上兼顧同軸電纜介質的網絡連接，配上BNC或AUI接口。

概念

1990 年問世的交換式集線器(switching hub)，可明顯地提高局域網的性能。交換式集線器常稱為以太網交換機(Ethernet Switch)或第二層交換機(表明此交換機工作在數(shù)據鏈路層)。

需要說明的是，這里所指的“以太網交換機”是指傳輸帶寬在100Mbps以下的交換機，還有一種“快速以太網交換機”、“千兆以太網交換機”和“萬兆以太網交換機”其實也是以太網交換機，只不過它們所采用的協(xié)議標準、或者傳輸介質不一樣，當然其接口形式也可能不一樣。

特點

1、以太網交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。

2、交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無沖突地傳輸數(shù)據。

3、共享傳輸媒體的帶寬，對于普通10 Mb/s 的共享式以太網，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的N分之一。

應用

以太網交換機應用最為普遍，價格也較便宜，檔次齊全。因此，應用領域非常廣泛，在大大小小的局域網都可以見到它們的蹤影。以太網交換機通常都有幾個到幾十個端口，實質上就是一個多端口的網橋。另外，它的端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M的帶寬、提供半雙工、全雙工、自適應的工作方式等。

我們使用的以太網交換機通常連接的設備包括：NVR(網絡硬盤錄像機)、DVR(硬盤錄像機)、IPC(網絡攝像機)、路由器、PC機、服務器等設備。這些連接的設備，都會有自身的一個MAC地址，而他們的設備要聯(lián)網也必須有個專屬于它的IP地址。

以太網交換機工作于OSI網絡參考模型的第二層(即數(shù)據鏈路層)，是一種基于MAC(介質訪問控制)地址識別、完成以太網數(shù)據幀轉發(fā)的網絡設備。

以太網交換機在端口上接受網絡發(fā)送過來的數(shù)據幀，對數(shù)據的識別然后將該數(shù)據幀從對應端口上轉發(fā)出去，從而實現(xiàn)數(shù)據交換。