2024年3月12日发(作者：)

什么是以太网

以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了

以太网的技术标准。它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，如令牌环网、

FDDI和ARCNET。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、

1000BASE-T标准）为了最大程度的减少冲突，最大程度的提高网络速度和使用效率，使

用交换机（Switch）来进行网络连接和组织，这样，以太网的拓扑结构就成了星型，但在

逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple

Access/Collision Detect 即带冲突检测的载波监听多路访问） 的总线争用技术。

一、历史

以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心（Xerox PARC）的许多先锋技术项

目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年，当年罗伯特·梅特卡夫（Robert

Metcalfe）给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为

以太网是之后几年才出现的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇

名为《以太网：局域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。

1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网（LANs）离开了施乐，成立了3Com公司。

3Com对DEC、 Intel和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个

通用的以太网标准于1980年9月30日出台。当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌

环网（token ring）和ARCNET，在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并取代。而在此过

程中，3Com也成了一个国际化的大公司。

梅特卡夫曾经开玩笑说，Jerry Saltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他

人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影

响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3Com才

有机会从销售以太网网卡大赚。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研

究，只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话，但这说明了这样一个技术观点：通常情

况下，网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同，而正是因为以太网

简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾经在麻省理工学院MAC项目

（ Project MAC ）的同一层楼里工作，当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文，在此期

间奠定了以太网技术的理论基础。

二、概述

20世纪90年代的以太网网卡或叫NIC（以太网适配器）。这张卡可以支持基于同轴电缆

的10BASE2（BNC连接器，左）和基于双绞线的10BASE-T（RJ-45，右）。以太网基于网

络上无线电系统多个节点发送信息的想法实现，每个节点必须取得电缆或者信道的才能传

送信息，有时也叫作以太。这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒——光

以太。后来的研究证明光以太不存在。每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商

分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有系统能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许

多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。

已经发现以太网通讯具有自相似性的特点，这对于电信通讯工程十分重要。

（一）CSMA/CD共享介质以太网

带冲突检测的载波侦听多路访问 （CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个信道的方法。

这项技术最早出现在20世纪60年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为

载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网要简单。当某台电脑要发送信息时，必须遵守

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以下规则：

开始，如果线路空闲，则启动传输，否则转到第4步

发送，如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小报文时间（保证所有其他转发器和终

端检测到冲突），再转到第4步。

成功传输，向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式。

线路忙，等待，直到线路空闲。

线路进入空闲状态，等待一个随机的时间，转到第1步，除非超过最大尝试次数。

超过最大尝试传输次数，向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。

就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的媒介（空气）来相互交谈。

每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他

们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，

冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将采用退避指数增长时间的方法（退避的时间

通过截断二进制指数退避算法（truncated binary exponential backoff）来实现）。

最初的以太网是采用同轴电缆来连接各个设备的。电脑通过一个叫做附加单元接口

（Attachment Unit Interface，AUI）的收发器连接到电缆上。一根简单网线对于一个小

型网络来说还是很可靠的，对于大型网络来说，某处线路的故障或某个连接器的故障，都

会造成以太网某个或多个网段的不稳定。

因为所有的通信信号都在共享线路上传输，即使信息只是发给其中的一个终端

（destination），某台电脑发送的消息都将被所有其他电脑接收。在正常情况下，网络

接口卡会滤掉不是发送给自己的信息，接收目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断

请求，除非网卡处于混杂模式（Promiscuous mode）。这种“一个说，大家听”的特质是

共享介质以太网在安全上的弱点，因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输

的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽，所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢，

比如电源故障之后，当所有的网络终端都重新启动时。

（二）以太网中继器和集线器

在以太网技术的发展中以太网集线器（Ethernet Hub）的出现使得网络更加可靠，接线更

加方便。

因为信号的衰减和延时，根据不同的介质以太网段有距离限制。例如，10BASE5同轴电缆

最长距离500 米（1640英尺）。最大距离可以通过以太网中继器实现，中继器可以把电

缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段，但是只能有3个有设备。这

可以减轻因为电缆断裂造成的问题：当一段同轴电缆断开，所有这个段上的设备就无法通

讯，中继器可以保证其他网段正常工作。

类似于其他的高速总线，以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆，电缆

两头的终端必须接上被称作“终结者”的50欧姆的电阻和散热器。如果不这么做，就会

发生类似电缆断掉的情况：总线上的AC信号当到达终端时将被反射，而不能消散。被反

射的信号将被认为是冲突，从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行

电气隔离，增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能，可以把有太

多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来，这样其他的网段不会受到损坏部分的影

响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。

随着应用的拓展，人们逐渐发现星型的网络拓扑结构最为有效，于是设备厂商们开始研制

有多个端口的中继器。多端口中继器就是众所周知的集线器（Hub）。集线器可以连接到

其他的集线器或者同轴网络。

第一个集线器被认为是“多端口收发器”或者叫做“fanouts”。最著名的例子是DEC的

DELNI，它可以使许多台具有AUI连接器的主机共享一个收发器。集线器也导致了不使用

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