从Aloha到IEEE 8023以太网发展综述.docx

从 Aloha 到 802.3 ，以太网技术发展综述沈力恒要本文从以太网最初的成立，到目前发展的高速以太网，介绍了以太网发展历程的每个关键时期和关键技术关键词以太网 ieee.802.3 Aloha CSMA/CD 10BASE-T 交换机（一） 以太网的定义中文名称：以太网英文名称：Ether net定义：以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术二）以太网的来由以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司 联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准 以太网络使用CSMA/CD （载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S 的速率运行在多种类型的电缆上以太网与IEEE802-3系列标准相类似IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容以 太网是当前应用最普遍的局域网技术它很大程度上取代了其他局域网标准，如 令牌环、FDDI和ARCNET历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后，目前 千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范 围三) 以太网技术的最早起步Aloha协议是基于争用访问共享介质。

ALOHA协议的思想很简单，只要用 户有数据要发送，就尽管让他们发送当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏 但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突 检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破 坏同样的道理，其他用户也是按照此过程工作如果发送方知道数据帧遭到破 坏(即检测到冲突)，那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧时隙ALOHA协议思想是用时钟来统一用户的数据发送办法是将时间分 为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，从而避免 了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率ALOHA协议是由美国夏威夷大学开发的一种网络协议处于OSI模型中的 数据链路层它属于随机存取协议(Random Access Protocol )中的一种它 分为纯ALOHA协议和分段ALOHA协议.1 •纯 ALOHA 协议(Pure ALOHA)当传输点有数据需要传送的时候，它会向立即向通讯频道传送接收点在收到数据后，会ACK传输点如果接收的数据有错误，接收点会向传输点发送NACK当网络上的两个传输点同时向频道传输数据的时候，会发生冲突，这种情况 下，两个点都停止一段时间后，再次尝试传送。

因为有太多的传输冲突.2 •分段 ALOHA(Slotted ALOHA)这是对纯ALOHA协议的一个改进改进之处在于，它把频道在时间上分段， 每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送每次传送的数据必须少于或者等 于一个频道的一个时间分段这样很大的减少了传输频道的冲突四) 过去的以太网以太网最初设计为多台计算机互联为总线拓扑第一个以太网版本使用同轴 电缆将计算机连接为总线拓扑每台计算机连接为骨干这一版本融入了载波侦 听多路访问/冲突检测(CSMA/CD )的介质访问方法CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect )即载波监听 多路访问/冲突检测方法在以太网中，所有的节点共享传输介质如何保证传 输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议 要解决的问题CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议它起源于美国夏威夷大学开 发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议 更高的介质利用率另一个改进是，对于每一个站而言，一旦它检测到有冲突， 它就放弃它当前的传送任务换句话说，如果两个站都检测到信道是空闲的，并 且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。

它们不应该再继 续传送它们的帧，因为这样只会产生垃圾而已；相反一旦检测到冲突之后，它们 应该立即停止传送数据快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽CSMA/CD控制方式的优点是：1•原理比较简单，技术上易实现，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在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急 剧下降2. CSMA/CD应用在OSI的第二层数据链路层它的工作原理是：发送数据前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，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,再重新尝试.先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发3. CSMA/CD 采用 IEEE 802.3 标准它的主要目的是：提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突历史誠太网：物理和逻辑总线拓扑（五）传统以太网随着以太网的介质从粗同轴电缆演进到比较便宜的细同轴电缆，最后发展为 使用更便宜和更灵活的双绞线，下一代以太网诞生了10BASE-T以太网使用集 线器作为网段中心点的物理拓扑如图所示，新的物理拓扑为星型然而，这种 网络共享介质，逻辑上为总线型。

集线器为物理网段的中心设备，集中所有连接 换句话说，形成了一组节点，而网络会把它们看成一个独立单元当代表某个帧 的信号到达一个端口时，会被复制到其他端口，使 LAN 中的所有网段都接收该 帧由于共享介质，在某一时刻只有一台工作站可以成功发送这种连接类型被 描述为半双工通信在共享介质环境中，所有节点共享介质，对介质的访问是争用的介质争用 使用和上一代以太网相同的 CSMA/CD 的 MAC 方法网段上的设备也共享介质 带宽在物理拓扑中使用集线器相比于早期以太网提高了可靠性，任何一条电缆故 障都不会中断整个网络然而，网段仍为逻辑总线，将帧复制到所有其他端口并 没有解决冲突的问题Hub拓扑: 物理；星型 逻辑：总线（六）当前的以太网为满足数据网络的发展需要，不断开发出新的技术以提高以太网的性能以 太网最主要的两次发展是从10Mbit/s到100Mbit/s以及LAN交换机的出现这 两次发展几乎同时发生，是现在以太网的基础介质速度的10倍提升是网络的最主要的变化这次变革是将以太网作为实 际的LAN标准的一个转折点100Mbit/s以太网也被称为快速以太网在很多情 况下，升级为快速以太网不需要替换现有的网络电缆。

交换机取代集线器也使LAN的性能得到很多提升不像集线器，交换机为 每个连接的节点提供介质的全部带宽，没有介质争用这使得以太网从共享式以 太网发展到交换式以太网交换机可以隔离每个端口，只将帧发送到正确的目的 地（如果目的地已知），而不是发送每个帧到每台设备，数据的流动因而得到了 有效的控制交换机减少了接收每个的设备数量，从而最大程度地降低了冲突的 机率交换机以及后来全双工通信（可以同时发送和接收信号的连接）的出现， 促进了 1Gbit/s和更高速度的以太网的发展如图所示，当前的以太网使用物理 星型拓扑和逻辑点到点拓扑同时，利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN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 些共同的需求每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的 工作站是属于哪一个VLAN拓扑： 物理：星型 逻辑：点到点9-4当前的以太网实现（七）高速以太网1•吉比特以太网LAN性能的提高导致了新一代以网络作为设计平台的计算机的产生现在 的计算机的硬件，操作系统和应用都依赖于LAN进行设计网络链路上每天的 应用流量如此巨大，即使是最强大的网络也不堪重负。

这导致了吉比特以太网的 出现吉比特以太网提供1000Mbit/s或更高的带宽这种功能建立在全双工功 能以及早期以太网的UTP和光纤介质技术基础上当潜在吞吐量从100Mbit/s 增长到1Gbit/s及以上时，网络性能的提高非常明显升级到1Gbit/s以太网并不一定意味着必须完全取代电缆和交换机的现有网 络基础架构一些设计和安装都很优秀的现代网络，其设备和电缆可能只需要略 加升级，便能以更高的速度运行这种功能具有降低网络成本的优点2.10 吉比特以太网就在吉比特以太网标准IEEE 802.3Z通过后不久，在1999年3月，IEEE 成立了高速研究组HSSG,其任务是致力于10吉比特以太网（10GE ）的研究【W-10GE】10GE的标准由IEEE 802.3ae委员会进行制定，10GE的正式标 准已在2002年6月完成10GE也就是万兆以太网八）结束语当今居于主导地位的局域网技术■以太网以太网是建立在CSMA/CD机 制上的广播型网络冲突的产生是限制以太网性能的重要因素，早期的以太网设 备如集线器是物理层设备，不能隔绝冲突扩散，限制了网络性能的提高而交换 机（网桥）做为一种能隔绝冲突的二层网络设备，极大的提高了以太网的性能。

正逐渐替代集线器成为主流的以太网设备然而交换机（网桥）对网络中的广播 数据流量则不做任何限制，这也影响了网络的性能通过在交换机上划分VLAN 和采用三层的网络设备■路由器解决了这一问题以太网做为一种原理简单，便 于实现同时又价格低廉的局域网技术已经成为业界的主流而更高性能的快速以 太网和千兆以太网的出现更使其成为最有前途的网络技术九）参考资料来源:百度百科 5 版） 电子工业出版社 谢希仁编著思科网络技术学院教程 人民邮电出版社 Mark A.Dye 等编著。