以太网被称为“以太网”,源于其命名灵感与历史背景;而它的底层原理则涉及物理层和数据链路层的相关技术。
名称的由来
以太网的英文名为“Ethernet”,这个名字来源于历史上对电磁波传播的一种假设介质“以太(Ether)”。1973年,罗伯特·梅特卡夫(Robert Metcalfe)在施乐帕洛阿尔托研究中心工作时,设计了一种将不同计算机连接起来的网络,最初他把这个网络命名为“ALTO ALOHA网络”。后来,他受到“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的这一想法”的启发,将其改名为“Ethernet”,即以太网,寓意网络中的数据就像电磁波通过以太传播一样,在网络中进行传输。
底层原理
物理层原理:
传输介质:以太网的传输介质经历了多次演变,早期使用同轴电缆,后来逐渐被双绞线和光纤所取代。例如,常见的超五类、六类双绞线用于局域网内的连接,而光纤则因其高带宽、长距离传输等优势,常用于骨干网或长距离的网络连接。信号传输:在物理层,以太网通过电信号或光信号来传输数据。使用双绞线时,电信号通过导线进行传输;使用光纤时,则是通过光信号在光纤内全反射来传输数据。并且,以太网会对信号进行编码,如曼彻斯特编码等,以便接收端能够正确地识别和解析数据。
数据链路层原理:
帧结构:以太网数据以帧为单位进行传输,帧结构包含了目的MAC地址、源MAC地址、类型字段、数据字段和校验字段等。目的MAC地址用于指示数据的接收方,源MAC地址标识发送方,类型字段用于标识上层协议,数据字段则存放实际要传输的数据,校验字段用于检测数据在传输过程中是否出现错误。介质访问控制(MAC):早期的以太网采用总线型拓扑结构,使用载波侦听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)机制来控制对共享介质的访问。每个节点在发送数据前,先监听介质是否空闲,如果空闲则发送数据,同时继续监听是否发生冲突。如果发生冲突,节点会停止发送,等待一个随机时间后再重新尝试发送。而现代以太网大多采用星型拓扑结构,通过交换机来连接各个节点,交换机可以根据MAC地址将数据帧直接转发到对应的端口,此时CSMA/CD机制在全双工模式下不再适用,但在半双工模式下仍然会使用。
以太网凭借其简单、可靠、成本低等优点,成为了目前应用最为广泛的局域网技术之一,并且随着技术的不断发展,其传输速率也在不断提高,从最初的10Mbps发展到现在的100Gbps甚至更高。