1、第第3章章 网络互连与以太网网络互连与以太网 3.1 网络互连设备 3.2 网络传输介质 3.3 以太网 本章小结 练习与思考 3.1 网络互连设备网络互连设备在建立计算机网络时为了分隔网络、简化配置、优化网络性能，必然需要一些互连设备，这些互连设备主要包括网络适配器、集线器、交换机和路由器等。3.1.1 网络适配器网络适配器网络适配器(网卡)是把计算机连接到网络上，实现网络资源的共享和相互通信的基本设备，网络适配器执行数据链路层的通信规程，实现物理层信号的转换。在计算机网中通常把它做成一块设备卡，安装在计算机的扩展槽中，因而又称之为网络接口卡，简称网卡。当计算机所连接网络的发送与接收位串的速
2、度比计算机CPU的运行速度快时，则不需要CPU来处理位串的发送与接收，而是由连接计算机和网络的网络适配器来处理数据包的传输和接收的所有细节。所以说，网络适配器是一种I/O设备，是为特定的网络技术而制造的，不需要CPU就能处理数据的传输和接收细节。由于网络技术的飞速发展，网卡的总线位数已由8位提高到16位、32位乃至64位。其带宽也由10 Mb/s升至100 Mb/s，千兆网卡目前也开始投入应用。3.1.2 集线器集线器在计算机网络中，集线器是一种连接多个计算机或其他设备的连接设备，是对网络进行集中管理的最小单元，主要工作于OSI体系的数据链路层。许多种类型的网络都依靠集线器来连接各种设备并把数
3、据分发到各个网段。集线器也是一个共享设备，其实质是一个中继器，主要提供信号放大和中转的功能，把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。集线器主要用于星型以太网，是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。使用集线器组网灵活，它处于网络的一个星型结点，对结点相连的工作站进行集中管理，不会使出问题的工作站影响整个网络的正常运行，并且用户的加入和退出也很自由。3.1.3 交换机交换机随着网络传输媒体类型的日益丰富，图形、图像及各种流媒体等多媒体内容的出现，使得人们对高网络数据传输速度和传输性能的要求日益
4、提高。由于集线器的共享介质传输、单工数据操作和广播数据发送方式等都先天决定了很难满足用户的上述速度和性能要求，因此，在用户的需求和全球各大网络设备开发商的努力下，一种更新、更实用的集线设备交换机出现了。从外观上看，交换机与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换机完全克服了集线器的上述种种不足之处，所以在短时间内得到了业界广泛的认可和应用。同时，随着交换机技术的迅猛发展，数据传输速度的发展也是一日千里。目
5、前最快的以太网交换机端口带宽可达到10 Gb/s，千兆(G位)级的交换机在各企业骨干网络中早已得到广泛应用。3.1.4 路由器路由器路由器是一种连接多个网络的网络互连设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”数据，从而构成一个更大的网络。与前面所介绍的集线器和交换机不同，路由器不是应用于同一网络中的设备，而是应用于不同网络之间的设备，属网际设备。路由器之所以能在不同网络之间起到“翻译”的作用，是因为它不再是一个纯硬件设备，而是具有相当丰富的路由协议的软、硬结构设备，如RIP协议、OSPF协议、EIGRP协议、IPV6协议等。这些路由协议是用来实现不同网络之间
6、的相互“理解”的。从本质上说，路由器也是一台计算机，其操作系统是在计算机引导时从ROM中装入内存的。随着Internet和企业网络的不断普及，路由器也被大量地采用。目前，市场上的路由器品牌很多，其中Cisco路由器在路由器技术方面最为权威，从某种意义上来说它是路由器的代名词，所以一讲到路由器，人们就会想到Cisco这个名字。Cisco的路由器不仅产品线非常齐全，其技术也是最先进的，它引导着整个路由器市场。3.1.5 网关网关网关又称信关，当异种网(指异种网络操作系统)互连，或者局域与大型机互连，以及局域网与广域网互连时，就需要配置网关。网关设备比路由器要复杂得多，当异型局域网连接时，网关除具有
7、路由器的全部功能外，更重要的是由于操作系统差异而引起的不同通信协议之间的转换。网关的实现非常复杂，工作效率也很难提高，一般只提供有限的几种协议的转换功能。常见的网关设备都用于网络中心的大型计算机系统之间的连接，为普通用户访问更多类型的大型计算机系统提供帮助。当然，有些网关通过软件来实现协议转换操作，并能起到与硬件类似的作用，但它是以损耗机器的运行时间来实现的。3.2 网络传输介质网络传输介质网络传输介质是网络中传输数据以及连接不同网络结点的载体。常见的网络传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆三种。其中，双绞线是最常使用的传输介质，它一般用于星型网络中；同轴电缆一般用于总线型网络中；光缆一般用于主干
8、网中。3.2.1 双绞线双绞线双绞线是将一对或一对以上的绝缘铜导线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是局域网中最常用的一种布线材料，如图3-1所示。图3-1 双绞线从图3-1中可以看出，双绞线中的每一对都是由两根绝缘铜导线相互缠绕而成的，这是为了降低信号的干扰程度。双绞线一般用于星型网络的布线连接，两端安装有RJ-45头(接口)，最大网线长度为100 m。如果需要加大网络传输的范围，可以在两段双绞线之间安装中继器来扩大传输信号(在两段双绞线之间最多只能安装4个中继器)。如果在5个网段之间安装了4个中继器，可以使网络最大传输范围达500 m。1双绞线的分类双绞线的分类双绞线按照是否有屏蔽
9、层分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两大类。在局域网中，UTP分为1类、2类、3类、4类、5类、超5类和6类；STP分为3类和5类，如图3-2所示。适用于计算机网络的双绞线有3类、5类和6类UTP，而目前，局域网中常用到的是非屏蔽5类4对(即8根导线)的双绞线。5类UTP的传输速率为10100 Mb/s，阻抗为100，线缆的最大传输距离为100m。增强型5类UTP线缆通过性能增强设计后可支持1000Mb/s的传输速率，所以又称为超5类或5e线。6类UTP线缆是专为1000Mb/s传输制定的布线标准(该标准于2003年颁布)。图3-2 双绞线的分类STP内有一层金属隔离膜，这层膜可
10、以使数据传输时减少电磁干扰，所以屏蔽双绞线的稳定性较高。UTP内没有这层金属膜，所以其稳定性较差。在使用双绞线组建局域网络时必须遵循“5-4-3规则”。“5-4-3规则”规定：网络中任意两台计算机间最多不超过5段线(集线设备到集线设备或集线设备到计算机间的连线)、4台集线设备、3台直接连接计算机的集线设备。2双绞线线序和双绞线线序和RJ-45接口引脚序号接口引脚序号双绞线由8根铜导线组成，其排列顺序分别为橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8，如图3-3所示。这8根铜导线的布线规则是1、2、3、6线有用，4、5、7、8线闲置。RJ-45接口由金属片和塑料构成。当
11、金属片面对用户时，从右至左引脚序号依次是18，如图3-4所示。在网络连线时引脚的排列序号非常重要，千万不能搞错。图3-3 双绞线的排列顺序图3-4 RJ-45接口顺序3.2.2 同轴电缆同轴电缆同轴电缆由一根空心的外圆柱导体(铜网)和一根位于中心轴线的内导线(电缆铜芯)组成，并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开的，如图3-5所示。同轴电缆的特点是抗干扰能力好、传输数据稳定、价格便宜，因此被广泛使用，如应用于闭路电视线等。同轴电缆根据传输频带的不同，可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型；按直径的不同，可分为粗缆和细缆。图3-5 同轴电缆结构以往的局域网中大多使用细缆组网
12、。细缆一般用于总线型网络布线连接，利用T型BNC接口连接器连接BNC接口网卡，同轴电缆的两端需安装50终端电阻器。细缆网络每段干线长度最大为185m，每段干线最多可接入30个用户。如要拓宽网络范围，则需要使用中继器，如采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925m。细缆安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不是很方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。粗缆在以往的局域网布线工程中适用于较大局域网的网络干线，布线距离较长，可靠性较好。用户通常采用外部收发器与网络干线连接。粗缆局域网中每段长度可达500m，采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500m
13、。用粗缆组网时，如果直接与网卡相连，网卡必须带有AUI接口(15针D型接口)。用粗缆组建的局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装、维护等方面比较困难，且造价较高。3.2.3 光缆光缆光缆是由一组光导纤维组成的细小而柔韧的传输介质，它是用来传播光束的，如图3-6所示。与其他传输介质相比较，光缆具有频带宽、电磁绝缘性能好、信号衰变小、传输距离远、传输速度快等优点。图3-6 光缆结构光缆主要用于传输距离较长的网络或者主干网的连接。光缆通信的过程大致为：由光发送机产生光束，将电信号转变为光信号，再把光信号导入光纤，在光缆的另一端由光接收机接收光纤上传输来的光信号，并将它转变成电信号，
14、经解码后再进行处理。光缆可分为两种类型：单模光缆和多模光缆。单模光缆的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光缆是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤，与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它具有以下几方面的优点：(1)频带较宽。(2)不受电磁干扰。光纤电缆中传输的是光束，由于光束不受外界电磁干扰与影响，而且本身也不向外辐射信号，因此它适用于远距离的信息传输以及要求高度安全的场合。(3)衰减较小。较长距离范围内信号衰减只是一个常数。(4)中继器的间隔较长。在使用光缆互联多个小型机的应用中，必须考虑光纤的
15、单向特性，如果要进行双向通信，那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择，因此出现了光学多路转换器。3.2.4 UTP线缆的用途与制作线缆的用途与制作由前述可知，双绞线分为STP和UTP两类。STP虽抗干扰性较好，但由于价格较贵，因此采用较少。目前，布线系统规范建议采用UTP进行水平布线，而将光纤用作主干线缆，同轴电缆已经不再推荐使用。1UTP线缆的组成线缆的组成UTF线缆内部由4对线组成，每一对线由相互绝缘的铜线拧绞而成，拧绞的目的是为了减少电磁干扰，双绞线的名称即源于此。每一根线的绝缘层都有颜色，一般来说，其颜色排列可能有两种情况：第一种情况是由4根白色的线分别和l根
16、橙色、1根绿色、1根蓝色、l根棕色的线相间组成，通常把与橙色相绞的那根白色的线称为白橙色线，与绿色线相绞的白色的线称为白绿色线，与蓝色相绞的那根白色的线称为为白蓝色线，与棕色相绞的白色的线称为白棕色线；第二种情况是由8根不同颜色的线组成，其颜色分别为白橙(由一段白色与一段橙色相间而成)、橙、绿白、绿、棕白、棕、蓝白、蓝。注意：由于双绞线内部的线对均已经在技术上按照抗干扰性能进行了相应设计，所以使用者切不可将两两相绞线对的顺序打乱，如将绿白色线误作为棕白色线或其他线等。2三种三种UTP线缆的作用及线序排列线缆的作用及线序排列1)直连线直连线用于将计算机连入到集线器或交换机的以太网口，或在结构化布
17、线中由配线架连到集线器或交换机等。下面给出了根据EIA/TIA 568-B标准(端接B标准)的直连线线序排列说明。2)交叉线交叉线用来将计算机与计算机、路由器(交换机)直接相连，有时也用它将计算机直接接入路由器的以太网口。下面给出了EIA/TIA 568-B标准的交叉线线序排列说明。3)反转线的作用反转线用于将计算机连到交换机或路由器的控制端口。在如图3-7所示的连接场合，计算机相当于交换机或路由器的超级终端。图3-7 反转线的连接3连接线的制作步骤连接线的制作步骤1)制作直连线的步骤(1)首先计算将要连线的两个设备之间的距离，在这个距离上至少加上12 cm作为将要截取的电缆的长度。(2)按照
18、算好的长度截取一段5类双绞线。(3)将电缆一端的塑料外皮剥掉2 cm的长度，如图3-1所示。(4)用手将4对绞在一起的线缆按橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白、棕的顺序拆分开，并小心地拉直。注意尽量保持电线绞在一起，以抵消噪音。(5)手持电缆，按前面所述的顺序调整线缆的颜色顺序，即交换蓝线与绿线的位置。(6)捋直并排列好所有的电线，然后在距离电缆外皮0.50.75 cm的地方笔直地将电线铰断。应该使得电线没有交织在一起的部分尽量短，因为这一部分要是过长的话，将成为电子噪音的主要来源。(7)将一个RJ-45插头放到电缆的一端。注意插头的叉子应该朝下，橙色的一组电线对着最左边的连接器。(8)将电线
19、插入到插头中，直到透过插头的顶端可以看到电线的铜线。确认电缆的外皮是否已经进入插头，所有的电线排序是否正确。如果电缆的外皮没有进入插头，就不能很好地防止电缆的扭伤。如果没有问题，使用钳子用力夹插头，使插头上的铜片可以割破绝缘皮接触电线，从而完成导电回路，如图3-8所示。(9)使用相同的方案，重复步骤(3)(8)制作电缆另一端，完成直连线。(10)使用指示器测试刚刚完成的电缆。图3-8 钳子的使用2)制作交叉线的步骤(1)按照制作直连线中的步骤(1)(7)制作线缆的一端。(2)用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。(3)用手将4对绞在一起的线缆按绿白、绿、橙白、橙、蓝白、蓝、棕白、棕的顺序
20、拆分开，并小心地拉直。注意，切不可用力过大，以免扯断线缆。(4)按前面所说交叉线的制作方法，按端2的顺序调整线缆的颜色顺序，也就是交换橙线与绿线的位置。(5)将线缆整平直并剪齐，确保平直线缆的最大长度不超过1.2 cm。(6)将线缆放入RJ-45插头，在放置过程中注意RJ-45插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。(7)检查已放入RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确保线缆的末端已位于RJ-45插头的顶端。(8)确认无误后，用压线工具用力压制RJ-45插头，以使RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层，直至完成交叉线的制作。(9)用网线测试仪检查制作完成的网线，确认其达到交叉线线缆的合格
21、要求，否则按测试仪提示重新制作交叉线。3)制作反转线的步骤(1)按制作直连线的步骤(1)(7)制作线缆的一端。(2)用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。(3)用手将4对绞在一起的线缆按橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白、棕的顺序拆分开，并小心地拉直，然后交换绿线与蓝线的位置。(4)将线缆整平直并剪齐，确保平直线缆的最大长度不超过1.2 cm。(5)将线缆放入RJ-45插头，在放置过程中注意RJ-45插头的把子朝上，并保持线缆的颜色顺序不变。(6)翻转RJ-45头方向，使其把子朝上，检查已放入RJ-45插头的线缆颜色顺序是否和另一端颜色顺序全部反序，并确保线缆的末端已位于RJ-45插头的
22、顶端。(7)确认无误后，用压线工具用力压制RJ-45插头，以使RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层，直至完成反转线的制作。(8)用网线测试仪检查已制作完成的网线，确认其达到反转线线缆的合格要求，否则按测试仪提示重新制作线缆。3.3 以以 太太 网网3.3.1 以太网概述以太网概述以太网是应用最为广泛的局域网技术。它最早是由Xerox(施乐)公司在20世纪70年代开发出来的；1980年，IEEE发布了IEEE 802.3，其技术基础便是以太网；不久，DEC、Intel和Xerox三家公司联合开发了以太网规范2.0版。如果在同一区域放置和使用多台计算机，使用以太网将会成倍地提高工作效率。
23、通过搭建一个以太网络，能够在个人计算机与文件服务器之间传输信息，通过远程打印机打印本地文档，运行安装在其他计算机上的应用程序，共享高速的互联网接入。到目前为止，以太网已经广泛应用于大、中、小型企业，它的普及性和高传输速率已经使其成为事实上的网络连接标准。以太网规范具体规定了如何在临近的物理区域，即局域网内实现计算机之间的数据传送。如果希望将一台计算机接入局域网成为整个网络的一部分，该计算机需要具备一个用于分割和包装数据的网络接口以及一个用于连接线缆的连接端口。连接端口一般被集成到系统的主板上或作为内置网卡将数据发送到网络上，同时接收来自网络上其他计算机的数据。以太网不仅仅是一种硬件规范，还是一
24、种通信协议，它可以控制如何在相互连接的计算机中传输数据。通过以太网技术连接的计算机首先把需要发送的信息分割成许多小的数据包，然后再通过网线发送出去。我们可以把数据包想象为一个个的行李箱，加上标签之后，通过不同的运输途径发送到不同的目的城市。除了需要发送的信息之外，数据包中还包含用于指定接收方的目标地址和用于标明发送方的源地址。以太网接口使用一种被称为载波监听多路存取和冲突检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD)的协议发送数据包。该协议为避免因多台计算机同时发送数据所造成的数据丢失和网络阻塞，规定在任意时
25、刻内网络上只能有一台计算机向外发送数据，且每一台计算机在发送数据之前必须等待网络上的空闲间隔时间。当一个被发送出去的数据包到达接收方时，发送方会收到确认信息，然后等待下一次网络空闲时间发送下一个数据包。所有在数据包传输路径上的设备都会读取数据包内的目标地址，以判断是否接收数据包或继续转发数据包。以太网规范支持多种拓扑类型，其中使用最广泛的是星型拓扑结构。在星型网络中，只需要一个集线器，每台计算机(又称结点)都直接连接到网络中的集线器上。集线器可以接收从一个结点发送的数据包然后分发到其他结点上。通常，集线器可以划分为被动式集线器和交换式集线器两种类型。其中，被动式集线器只能简单地接收数据包，然后
26、再发送到所有与之连接的网络结点上；而交换式集线器则能够对包含在数据包中的目标地址进行分析，从而将数据包准确地发送到实际的接收方。除星型拓扑结构之外，我们也可以使用总线型的以太网拓扑结构。总线网络中，所有的计算机都最终连接到一条网络的主干线上。相比较而言，星型拓扑结构比总线型拓扑结构更易于管理和维护，网线的使用量更少，费用更低。以太网的规范中还对数据传输的速率和所需要使用的网线类型进行了规定。在很长一段时间内，10兆以太网成为最快速、最普及的以太网应用。后来，随着网络规模和复杂程度的不断增加，信息传送量的不断提高，100 兆以太网(又称快速以太网)成为最佳的选择。从10 兆以太网到100 兆以太
27、网，数据传输的速度提升了10 倍。为了实现高速的传输速率，快速以太网采用了高质量的网线以保证数据包在高速的传输过程中信号不会减弱。近来，传输速率高达1千兆每秒的千兆以太网逐渐引起越来越多的人的关注。同时，也已经有人开始着手研究更高速的 10 G 以太网技术。这些超高速的网络连接技术将主要用于创建大规模的网络。3.3.2 以太网分类以太网分类1按连接方式分类按连接方式分类1)共享型以太网在共享型以太网中，各个结点通过集线器进行互连，一个结点的数据帧传输贯穿整个网络，每一个结点都要进行数据帧的接收和检查。所有结点收到数据帧后，先识别数据帧的目的MAC地址，如果是自己的MAC地址，就处理此数据包，如
28、果不是自己的MAC地址，就丢弃这个数据帧。当数据帧到达网络段的末尾时，终端连接器将数据帧吸收，防止数据帧返回网络段。在任一时刻，网络段上只允许一个结点在共享的介质上传输数据。共享型以太网使用带冲突检测的CSMA/CD协议来允许网络传输数据的权利。在结点发送数据之前，CSMA/CD结点侦听网络是否在使用。如果网络正在被使用，该结点就等待。如果网络未被使用，该结点就传输数据。如果两个结点同时侦听到网络未被使用而同时传输数据，就会造成冲突，于是两个结点的数据传输都被破坏。当一个传输结点识别出了一个冲突，它就发送一个拥塞信号，所有的结点都停止传输。在重传之前等待一个退避时间，这是随机产生的。如果在接下
29、来的传输中又发生了冲突，结点会在放弃之前继续重传，最多重传16次。2)交换型以太网交换型以太网主要是为了解决共享型以太网的传输数据冲突问题而设计的，其特点是使用交换机代替集线器，可以使多个用户同时使用此网络。例如，如果各个用户使用的是100Mb交换型以太网，则每个用户可以独自享用100 Mb/s的传输速率。这样，网络的实际带宽得到了大幅度提高，可以实现高速的数据传输。类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互连功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网
30、卡，不必做高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络结点的增加、移动和网络变化的操作。利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14 880 b/s的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89 280 b/s 的总体吞吐率(6道信息流14 880 b/s/道信息流)。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。2按连接速度分类按连接速度分类1)标准以太网(
31、10 Mb/s)最初的以太网只有10 Mb/s的吞吐量，它所使用的是CSMA/CD的访问控制方法，通常把这种10 Mb/s以太网称为标准以太网。双绞线和同轴电缆是标准以太网主要使用的两种传输介质。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出IEEE 802.3的一些以太网络标准。在这些以太网标准中，前面的数字表示传输速率，单位是“Mb/s”；Base表示“基带传输”，Broad表示“宽带传输”。最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100 m)。10Base-5：使用粗同轴电缆，基带传输方法，最大网段长度为500m，传输速率为10 Mb/s。10Base-2：使用细同轴电缆，基带传
32、输方法，最大网段长度为185m，传输速率为10 Mb/s。10Base-T：使用双绞线电缆，基带传输方法，最大网段长度为100m，传输速率为10 Mb/s。1Base-5：使用双绞线电缆，基带传输方法，最大网段长度为500m，传输速率为1 Mb/s。10Broad-36：使用同轴电缆(RG-59/U CATV)，最大网段长度为3600 m，是一种宽带传输方式。传输速率为1 Mb/s。10Base-F：使用光纤传输介质，传输速率为10 Mb/s。2)快速以太网(100 Mb/s)随着网络的发展，原有的以太网技术已经不能满足日益增长的网络数据传输速率的需求。在1993年10月以前，只有FDDI(F
33、DDI是基于100 Mb/s光缆的LAN，但FDDI是一种价格非常昂贵的以太网技术。)可以满足对于要求10 Mb/s以上数据流量的LAN应用。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网交换机FastSwitch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司也相继推出了自己的快速以太网装置。IEEE 802.3工程组也制定了各种100 Mb/s以太网的标准，如100BASE-TX、100BASE-T4、MII、中继器、全双工等。1995年3月，IEEE宣布了I
34、EEE 802.3u 100BASE-T快速以太网标准(Fast Ethernet)，标志着以太网进入了快速以太网时代。与基于100 Mb/s带宽下工作的FDDI相比，快速以太网有许多优势。其中主要体现在快速以太网技术可以有效地保障用户在布线基础实施上的投资，即不仅能有效地利用现有的设施，同时还支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接。快速以太网技术与标准以太网技术有着同样的不足，那就是快速以太网仍基于CSMA/CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低。但是这种不足可以使用交换技术来弥补。100 Mb/s快速以太网标准又分为100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T4三个子
35、类。具体如下：100BASE-TX：是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送数据，一对用于接收数据。在传输中，100BASE-TX使用4B/5B编码方式，信号频率为125 MHz，符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT 1类布线标准，使用与10BASE-T相同的RJ-45连接器，最大网段长度为100 m，支持全双工的数据传输。100BASE-FX：是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤(62.5m和125m)，多模光纤连接的最大距离为550m。单模光纤连接的最大距离为3000 m。在传输中，100BASE-FX使用4B/
36、5B编码方式，信号频率为125MHz，使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器，其最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10km，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。100BASE-FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接或高保密环境等情况。100BASE-T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用4对双绞线，其中，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。在传输中，100BASE-T4使用8B/6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准，使用与10BASE-T相同的RJ-45连接器，
37、最大网段长度为100 m。3)千兆以太网(1000 Mb/s)随着以太网技术的深入和发展，人们对网络连接速度的要求也越来越高。1995年11月，IEEE802.3工作组委任了一个高速研究组(Higher Speed Study Group)，研究如何提高快速以太网的速度。高速研究组研究了如何将快速以太网速度增至1000 Mb/s的可行性方案和方法。1996年6月，IEEE标准委员会批准了千兆位以太网方案授权申请(Gigabit Ethernet Project Authorization Request)。随后IEEE 802.3工作组成立了802.3z工作委员会。IEEE 802.3z委员会
38、的目标是建立千兆位以太网标准，包括有：在1000 Mb/s通信速率的情况下的全双工和半双工操作，802.3以太网帧格式，CSMA/CD技术，在一个冲突域中支持一个中继器(Repeater)，10BASE-T和100BASE-T向下兼容技术。千兆以太网在处理新应用和新数据类型方面具有很大的灵活性，它是对10 Mb/s和100 Mb/s IEEE 802.3以太网标准的延伸和拓展，提供了1000 Mb/s的数据带宽。千兆以太网具有以太网的易移植、易管理特性，它已经成为高速、宽带网络应用的战略性选择。1000 Mb/s千兆以太网目前主要有以下三种技术版本：1000BASE-SX、1000BASE-L
39、X和1000BASE-CX版本。1000BASE-SX系列采用低成本短波的CD(Compact Disc，光盘激光器)或者VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔体表面发光激光器)发送器；1000BASE-LX系列使用相对昂贵的长波激光器；1000BASE-CX系列则打算在配线间使用短跳线电缆把高性能服务器和高速外围设备连接起来。4)10 G以太网IEEE 802.3工作组于2000年正式制定了10 Gb/s的以太网标准。10 G以太网仍使用与以往10 Mb/s和100 Mb/s以太网相同的形式，它允许直接升级到高速网络。10 G以太网同
40、样使用IEEE 802.3标准的帧格式、全双工业务和流量控制方式。在半双工方式下，10 G以太网使用基本的CSMA/CD访问方式来解决共享介质的冲突问题。此外，10 G以太网使用由IEEE 802.3小组定义的管理对象。10 G以太网仍然是以太网，但是速度很快。10 G以太网技术的缺点在于的它的复杂性，与其他的以太网标准传输介质的兼容性问题(目前10 G以太网只能使用光纤作为传输介质，而传统以太网使用双绞线作为传输介质)，以及它的设备造价太高。以上这些类型的以太网都符合IEEE 802.3系列标准规范。本本 章章 小小 结结本章介绍了网络互连设备、传输介质，以及以太网的工作方式、以太网的分类。
41、本章的目的是使读者了解计算机网络互联的一般设备和传输介质，对这些设备和介质有一个初步的印象，同时了解以太网络的分类，了解作为目前局域网组网的主流技术以太网的基本知识，同时掌握一些计算机网络的基本相关技能。练练习习与与思思考考选择题1OSI参考模型的哪一层涉及保证端到端的可靠传输？()A.物理层B.数据链路层C.网络层D.传输层E.会话层F.表示层G.应用层2OSI参考模型的哪一层完成差错报告、网络拓扑结构和流量控制的功能？()A.物理层B.数据链路层C.网络层D.传输层E.会话层F.表示层G.应用层3OSI参考模型的哪一层建立、维护和管理应用程序之间的会话？()A.物理层B.数据链路层C.网络
42、层D.传输层E.会话层F.表示层G.应用层410BaseT使用哪种类型的电缆介质？()A.以太网粗缆B.以太网细缆C.同轴电缆D.双绞线5.下面关于CSMA/CD网络的描述，哪一个是正确的？()A任何一个结点的通信数据都要通过整个网络，并且每一个结点都要接收并检验该数据B如果源结点知道目的地的IP地址和MAC地址，则它所发送的信号是直接送往目的地的C一个结点的数据发往最近的路由器，路由器将数据直接发送到目的地D信号都是以广播的方式发送的6网络中使用光缆的优点是什么？()A便宜B容易安装C是一个工业标准，很方便购买D传输速率比同轴电缆或者双绞线都高7当一台计算机发送一封E-mail给另一台计算机时，数据打包所经历的五个步骤是()。A数据、数据段、数据包、数据帧、比特B比特、数据段、数据包、数据帧、数据C数据包、数据段、数据、比特、数据帧D比特、数据帧、数据包、数据段、数据
