Ethernet principle

This course outlines type and application of Ethernet and introduces basic working principle of Ethernet, Ethernet port technologies and frame structure, as well as basic concept of VLAN. 【以太网原理】 以太网（Ethernet）是局域网中最广泛使用的通信协议，它为设备间的数据传输提供了高效且可靠的方式。本课程将深入探讨以太网的类型、应用以及基本工作原理，同时也涉及以太网端口技术、帧结构以及虚拟局域网（VLAN）的基本概念。 一、以太网的分类与应用 1. 快速以太网（Fast Ethernet） 快速以太网由IEEE 802.3u标准定义，传输速率可达100Mbit/s。这种高速网络适用于桌面应用、服务器和服务器群集，提供大带宽支持。快速以太网的传输介质包括非屏蔽双绞线（UTP）和单/多模光纤（SMF/MMF）。其中，TX表示全双工双绞线，FX表示全双工光纤，常见的有100base-fx/tx，而t4/t2已不再使用。 2. 千兆以太网（Gigabit Ethernet） 千兆以太网是局域网主干网络的理想选择，有针对光纤和铜缆的IEEE 802.3z标准，以及针对双绞线的IEEE 802.3ab标准。千兆以太网物理层中，SWL（短波长激光器，通常工作在770-860nm，常见800nm），LWL（长波长激光器，通常工作在1270-1355nm，常见1300nm），ZX则是用于光纤的千兆以太网规范，通过单模光纤和长波长激光器实现。 3. 万兆以太网（10 Gigabit Ethernet） 10 GE适应于传统的局域网、城域网和广域网。IEEE分别在2002年（802.3ae）和2004年（802.3ak和802.3an）制定了10 GE的相关标准，涵盖了光纤、同轴电缆和双绞线等多种传输介质。根据距离和类型，10 GE有SR（短距离）、LR（长距离）、ER（扩展距离）等不同标准。 二、CSMA/CD工作原理 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）是以太网中数据传输的基本机制。当终端需要发送数据时，它会先检查链路状态，确保没有其他设备同时发送数据。如果检测到无冲突，则发送数据；若检测到冲突，则停止发送并等待随机时间后再次尝试。以太网的数据传输采用二进制码元序列，以突发的方式进行，每个数据包（帧）前都有一个同步头，便于接收端识别和对齐。 三、以太网端口技术 以太网端口是设备连接网络的物理接口，可以支持不同的传输速率和模式。端口技术包括RJ-45端口（用于UTP）、光纤端口（SFP、GBIC等）以及各种高速接口如SFP+、QSFP等。这些端口技术的优化和改进，提高了以太网的连接速度和稳定性。 四、VLAN基础与交换 虚拟局域网（VLAN）是将物理上的局域网划分为多个逻辑上的子网，以提高网络管理效率、增强安全性并控制广播风暴。VLAN的划分基于端口、MAC地址、IP地址等多种策略。交换机是实现VLAN的关键设备，它可以对数据帧进行转发和过滤，确保VLAN内部通信的独立性，并通过VLAN间路由实现不同VLAN之间的通信。 总结： 以太网作为现代网络的基础，其技术不断发展，从最初的10Mbit/s发展到现在的100Gbit/s甚至更高速度。理解以太网的工作原理、端口技术和VLAN应用，对于构建和管理高效的网络系统至关重要。同时，随着物联网、云计算等新技术的兴起，以太网将继续扮演关键角色，为未来网络架构提供强大的支撑。