以太網(wǎng)工作原理分析

????? 在本文中，我們將深入介紹網(wǎng)絡的相關知識，尤其是以太網(wǎng)的網(wǎng)絡標準，便于您理解所有計算機為何能夠相連的幕后機制。

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　　網(wǎng)絡的作用

　　網(wǎng)絡使得兩臺計算機能夠相互發(fā)送和接收信息。我們并不總是能夠意識到我們在頻繁訪問網(wǎng)絡上的信息?；ヂ?lián)網(wǎng)可以說是一個最顯著的計算機網(wǎng)絡例子，它將世界上數(shù)以百萬計的計算機連接在一起，但是在我們每天獲取信息時發(fā)揮作用的經(jīng)常是一些較小型的網(wǎng)絡。許多公共圖書館已經(jīng)將它們的卡片目錄換成了計算機終端，讀者可以更快、更容易地搜索圖書。機場設置了眾多的顯示屏，向旅客告知到港航班和離港航班的信息。許多零售店也使用專用計算機來處理POS事務。在上述情況下，都是網(wǎng)絡將位于多個位置的不同設備連接在一起，便于人們訪問某個共享的數(shù)據(jù)庫。

　　在介紹以太網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡標準細節(jié)之前，我們必須首先了解一些基本術語及其解釋，它們描述了不同的網(wǎng)絡技術及其相互間的差異——下面就讓我們開始吧!

　　局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)

　　我們可將網(wǎng)絡技術劃分為以下兩組基本技術之一：局域網(wǎng)(LAN)技術，可在相對較近的距離內(nèi)(通常在同一個建筑物內(nèi))將許多設備連接在一起。圖書館中用來顯示圖書信息的終端計算機便可連接到局域網(wǎng)上。廣域網(wǎng)(WAN)技術，可將相距幾十公里的設備連接在一起，但能夠連接的設備數(shù)量較少。例如，如果兩個位于城市兩端的圖書館希望共享圖書目錄信息，那么便可以使用廣域網(wǎng)技術進行連接，這可能需要從當?shù)仉娫?a target="_blank">公司租用一條專線來專門傳輸它們的數(shù)據(jù)。

　　與廣域網(wǎng)相比，局域網(wǎng)的速度更快，也更為可靠，但是技術的不斷發(fā)展已經(jīng)使它們之間的界限變得越來越模糊。借助光纖，可使用局域網(wǎng)技術連接相距數(shù)十公里遠的設備，同時還能極大地提升廣域網(wǎng)的速度和可靠性。

　　以太網(wǎng)

　　1973年，施樂(Xerox)公司Palo Alto研究中心(通常稱作PARC)的研究人員Bob Metcalfe設計并測試了第一個以太網(wǎng)網(wǎng)絡。當時，這個網(wǎng)絡將施樂的“Alto”計算機連接到一臺打印機，Metcalfe開發(fā)了用于連接以太網(wǎng)上設備的電纜連接物理方法，以及用于控制電纜上數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴省，F(xiàn)在，以太網(wǎng)已經(jīng)成為了世界上最流行和應用最廣泛的網(wǎng)絡技術。以太網(wǎng)涉及的許多問題也是其他許多網(wǎng)絡技術所要解決的問題，了解以太網(wǎng)解決這些問題的方法可以從整體上幫助你改善對網(wǎng)絡的理解。

　　隨著計算機網(wǎng)絡的日益成熟，以太網(wǎng)標準也在不斷發(fā)展出一些新的技術，但是目前所有以太網(wǎng)網(wǎng)絡的運行機制仍然來源于Metcalfe的原始設計。在原始的以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡上的所有設備共享單根電纜進行通訊。設備連接到該電纜，便能夠與其他連接的設備通信。這樣，可以在不對網(wǎng)絡上現(xiàn)有設備進行任何修改的情況下擴展網(wǎng)絡以接納新設備。

　　以太網(wǎng)基本知識

　　以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)技術，網(wǎng)絡一般分布在一座大樓中，所連接的設備通常距離較近。以太網(wǎng)設備之間的電纜最多長幾百米，因此它不適用于連接地理位置分散的多個地點。但現(xiàn)代技術的進步極大提升了以太網(wǎng)的連接距離，今天人們已能夠建立相距數(shù)十公里遠的以太網(wǎng)網(wǎng)絡。

　　協(xié)議

　　對于網(wǎng)絡連接而言，協(xié)議這一術語指的是用于控制通信的一組規(guī)則。協(xié)議對于計算機的意義就如同語言對于人類的意義。由于本文使用中文撰寫，要理解文章的內(nèi)容你必須能夠讀懂中文。類似地，網(wǎng)絡上的兩臺設備要想成功通信，必須都理解相同的協(xié)議。

　　以太網(wǎng)術語

　　以太網(wǎng)遵循一組控制其基本操作的簡單規(guī)則。為了更好地理解這些規(guī)則，了解基本的以太網(wǎng)術語十分重要。

　　介質——以太網(wǎng)設備連接到一個公共介質上，該介質為電氣信號的傳輸提供了一條路徑。歷史上一直使用同軸銅電纜作為傳輸介質，但是目前雙絞線或光纖更為多見。

　　網(wǎng)段——我們將單個共享介質稱作一個以太網(wǎng)段。

　　節(jié)點——連接到網(wǎng)段的設備稱作站點或節(jié)點。

　　幀——節(jié)點使用稱作幀的簡短消息進行通信，幀是大小不固定的信息塊。

　　幀類似于人類語言中的句子。在中文里，我們構造句子時會有一些規(guī)則，例如每個句子必須包含主語和謂語。以太網(wǎng)協(xié)議也規(guī)定了用于構造幀的一組規(guī)則。對于幀的最大和最小長度有明確規(guī)定，而且?guī)斜仨毎唤M必需的信息段。例如，每個幀必須包括目標地址和源地址，它們分別指出了消息的接收方和發(fā)送方。通過地址可標識唯一的節(jié)點，就像通過姓名可找出某個人一樣。任何兩個以太網(wǎng)設備都不應具有相同的地址。

　　由于以太網(wǎng)介質上的信號能夠到達所有連接的節(jié)點，因此目標地址對識別幀的目標接收方來說至關重要。

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　　例如，在上圖中，如果計算機B向打印機C發(fā)送數(shù)據(jù)，計算機A和D也可以接收和查看幀。但是，在站點收到幀后，它會首先檢查幀的目標地址，看看該幀是否是發(fā)送給自己的。如果不是，站點會丟棄該幀，而不會查看其內(nèi)容。

　　以太網(wǎng)地址的一件有趣的事情是它存在廣播地址。如果幀的目標地址為廣播地址(簡稱為一個廣播)，則說明它是發(fā)送給網(wǎng)絡上所有節(jié)點的，于是每一個節(jié)點都會接收和處理這種類型的幀。

　　以太網(wǎng)中的CSMA/CD是什么意思?

　　“CSMA/CD”的意思是帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問，它描述了以太網(wǎng)協(xié)議控制節(jié)點間通信的方法。這個詞看起來有些復雜，但如果我們將它分解幾個小概念，便會發(fā)現(xiàn)它描述的規(guī)則十分類似于人們在進行彬彬有禮的談話時所使用的規(guī)則。為了有助于描述以太網(wǎng)的操作，我們使用飯桌上的對話作為類比。

　　我們將以太網(wǎng)段表示為飯桌，讓幾個代表節(jié)點的人坐在飯桌旁邊很有禮貌地進行談話。多路訪問這個術語涵蓋了我們上面討論的內(nèi)容：在一個以太網(wǎng)站點傳輸數(shù)據(jù)時，介質上的所有站點都會聽到該傳輸行為，就像飯桌上一個人在講話時，所有人都能夠聽到他(她)的講話一樣。

　　現(xiàn)在，假設你也坐在桌旁而且有話想說。但是，當時我正在講話。由于這是一次很有禮貌的談話，因此你不應立即開口講話并打斷別人，而是等到我講完后再開口。剛才描述的情況在以太網(wǎng)協(xié)議中稱為載波偵聽。在站點開始傳輸數(shù)據(jù)之前，它會“偵聽”介質來確定其他站點是否正在進行傳輸。如果介質上很安靜，站點便認為現(xiàn)在是一個適于傳輸數(shù)據(jù)的時間。