什么是以太網(wǎng)和以太網(wǎng)交換機(jī)
什么是以太網(wǎng)
以太網(wǎng)(Ethernet)是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE組織的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號(hào)和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù),取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。
以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型拓?fù)洌壳暗目焖僖蕴W(wǎng)(100BASE-T、1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn))為了減少?zèng)_突,將能提高的網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率最大化,使用交換機(jī)(Switch hub)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和組織。如此一來,以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就成了星型;但在邏輯上,以太網(wǎng)仍然使用總線型拓?fù)浜虲SMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,即載波多重訪問/碰撞偵測(cè))的總線技術(shù)。
以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上無線電系統(tǒng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的想法,每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須獲取電纜或者信道的才能傳送信息,有時(shí)也叫作以太(Ether)。(這個(gè)名字來源于19世紀(jì)的物理學(xué)家假設(shè)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(gè)節(jié)點(diǎn)有全球唯一的48位地址也就是制造商分配給網(wǎng)卡的MAC地址,以保證以太網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)能互相鑒別。由于以太網(wǎng)十分普遍,許多制造商把以太網(wǎng)卡直接集成進(jìn)計(jì)算機(jī)主板。
以太網(wǎng)通訊具有自相關(guān)性的特點(diǎn),這對(duì)于電信通訊工程十分重要。
共享介質(zhì)
帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)技術(shù)規(guī)定了多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享一個(gè)通道的方法。這項(xiàng)技術(shù)最早出現(xiàn)在1960年代由夏威夷大學(xué)開發(fā)的ALOHAnet,它使用無線電波為載體。這個(gè)方法要比令牌環(huán)網(wǎng)或者主控制網(wǎng)簡單。當(dāng)某臺(tái)計(jì)算機(jī)要發(fā)送信息時(shí),在以下行動(dòng)與狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換:
1.開始- 如果線路空閑,則啟動(dòng)傳輸,否則跳轉(zhuǎn)到第4步。
2.發(fā)送- 如果檢測(cè)到?jīng)_突,繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)直到達(dá)到最小回報(bào)時(shí)間(min echo receive interval)以確保所有其他轉(zhuǎn)發(fā)器和終端檢測(cè)到?jīng)_突,而后跳轉(zhuǎn)到第4步。
3.成功傳輸- 向更高層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)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(dá)到最大嘗試次數(shù)之前,每隔一段隨機(jī)時(shí)間轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)告發(fā)送失敗,退出傳輸模式。
就像在沒有主持人的座談會(huì)中,所有的參加者都透過一個(gè)共同的介質(zhì)(空氣)來相互交談。每個(gè)參加者在講話前,都禮貌地等待別人把話講完。如果兩個(gè)客人同時(shí)開始講話,那么他們都停下來,分別隨機(jī)等待一段時(shí)間再開始講話。這時(shí),如果兩個(gè)參加者等待的時(shí)間不同,沖突就不會(huì)出現(xiàn)。如果傳輸失敗超過一次,將延遲指數(shù)增長時(shí)間后再次嘗試。延遲的時(shí)間透過截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)后移(truncated binary exponential backoff)算法來實(shí)現(xiàn)。
最初的以太網(wǎng)是采用同軸電纜來連接各個(gè)設(shè)備的。計(jì)算機(jī)透過一個(gè)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(wǎng)路線對(duì)于一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)來說很可靠,而對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)來說,某處線路的故障或某個(gè)連接器的故障,都會(huì)造成以太網(wǎng)某個(gè)或多個(gè)網(wǎng)段的不穩(wěn)定。
因?yàn)樗械耐ㄐ判盘?hào)都在共享線路上傳輸,即使信息只是想發(fā)給其中的一個(gè)終端(destination),卻會(huì)使用廣播的形式,發(fā)送給線路上的所有計(jì)算機(jī)。在正常情況下,網(wǎng)絡(luò)接口卡會(huì)濾掉不是發(fā)送給自己的信息,接收到目標(biāo)地址是自己的信息時(shí)才會(huì)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求,除非網(wǎng)卡處于混雜模式(Promiscuous mode)。這種“一個(gè)說,大家聽”的特質(zhì)是共享介質(zhì)以太網(wǎng)在安全上的弱點(diǎn),因?yàn)橐蕴W(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(wǎng)的速度可能會(huì)非常慢,比如電源故障之后,當(dāng)所有的網(wǎng)絡(luò)終端都重新啟動(dòng)時(shí)。
什么是以太網(wǎng)交換機(jī)
以太網(wǎng)交換機(jī)是基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的交換機(jī),以太網(wǎng)采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)是每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連,并且一般都工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)端口,使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣,進(jìn)行無沖突地傳輸數(shù)據(jù)。
接口
以太網(wǎng)包括三種網(wǎng)絡(luò)接口:
1. RJ-45接口這種接口應(yīng)用最為普遍。因其適配線纜\傳輸介質(zhì)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(zhì)為細(xì)同軸電纜,當(dāng)前已不常見。不要以為一講以太網(wǎng)就都是RJ-45接口的,只不過雙絞線類型的RJ-45接口在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中非常普遍而已。
3. AUI所用的傳輸介質(zhì)為粗同軸電纜。當(dāng)前多是廣電寬帶采用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),范圍不廣。為了在RJ-45接口的基礎(chǔ)上兼顧同軸電纜介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的性能。交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(jī)(Ethernet Switch)或第二層交換機(jī)(表明此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層)。
需要說明的是,這里所指的“以太網(wǎng)交換機(jī)”是指?jìng)鬏攷捲?00Mbps以下的交換機(jī),還有一種“快速以太網(wǎng)交換機(jī)”、“千兆以太網(wǎng)交換機(jī)”和“萬兆以太網(wǎng)交換機(jī)”其實(shí)也是以太網(wǎng)交換機(jī),只不過它們所采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、或者傳輸介質(zhì)不一樣,當(dāng)然其接口形式也可能不一樣。
特點(diǎn)
1、以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連,并且一般都工作在全雙工方式。
2、交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的端口,使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣,進(jìn)行無沖突地傳輸數(shù)據(jù)。
3、共享傳輸媒體的帶寬,對(duì)于普通10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng),若共有N個(gè)用戶,則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的N分之一。
應(yīng)用
以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)用最為普遍,價(jià)格也較便宜,檔次齊全。因此,應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,在大大小小的局域網(wǎng)都可以見到它們的蹤影。以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有幾個(gè)到幾十個(gè)端口,實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多端口的網(wǎng)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(yīng)的工作方式等。
我們使用的以太網(wǎng)交換機(jī)通常連接的設(shè)備包括:NVR(網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī))、DVR(硬盤錄像機(jī))、IPC(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī))、路由器、PC機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備。這些連接的設(shè)備,都會(huì)有自身的一個(gè)MAC地址,而他們的設(shè)備要聯(lián)網(wǎng)也必須有個(gè)專屬于它的IP地址。
以太網(wǎng)交換機(jī)工作于OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型的第二層(即數(shù)據(jù)鏈路層),是一種基于MAC(介質(zhì)訪問控制)地址識(shí)別、完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
以太網(wǎng)交換機(jī)在端口上接受網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀,對(duì)數(shù)據(jù)的識(shí)別然后將該數(shù)據(jù)幀從對(duì)應(yīng)端口上轉(zhuǎn)發(fā)出去,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。