网工以太网标准 – 运维日常

https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/zh/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD%91.html

https://blog.csdn.net/bruceoxl/category_11221007.html

CSMA/CD 冲突检测载波侦听协议

该技术早期是用来解决有线网络中，共享介质下的多路网络接入问题，该技术仍然在当今的10M/100M半双工网络中使用。在更高的带宽情况下，比如千M网络，则采用全双工技术以代替CSMA/CD。

全双工（Full-Duplex）模式下通常不使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测）机制。

CSMA/CD 的适用场景

**半双工（Half-Duplex）**模式下使用CSMA/CD。
CSMA/CD主要用于共享介质的以太网中，如使用集线器（Hub）的网络，其中所有设备共享同一个冲突域。
在半双工模式下，数据的发送和接收是交替进行的，可能会发生数据包的碰撞，因此需要CSMA/CD机制来检测并处理这些碰撞。

在 CSMA/CD 中，同一个冲突域的主机连续经过 5 次冲突后，站点在 (23) 区间中随机选择一个整数 k, 则站点将等待多少秒后重新进入 CSMA。

示例：1

在 CSMA/CD 中，同一个冲突域的主机连续经过 5 次冲突后，站点会在 0 至 2^5 – 1（即 0 至 31）的区间中随机选择一个整数 k。

然后站点将等待 k×512 比特时间后重新进入 CSMA。

请注意，具体的等待时间取决于网络的数据传输速率，因为比特时间 = 1 / 数据传输速率。

以 10Mbps 的数据传输速率为例，计算一下站点需要等待多少秒才能重新进入 CSMA。

首先，10 Mbps 意味着每秒传输 10×10^6 比特。

因为站点在 0 至 31 的区间中随机选择一个整数 k，所以等待的比特时间为 k×512 比特。

假设选择的 k 为 10。

那么等待的总比特数为 10×512 = 5120 比特。

1 秒能传输 10×10^6 比特，所以等待的时间（秒） = 5120÷(10×10^6) = 5120÷10000000 = 0.000512 秒

CSMA/CD 中的退避二进制指数算法，该算法的基本原理是，根据冲突次数 n, 生成一个【0,2N – 1】集合，(当 N 超过 10 时，该集合不再扩大，当 N 超过 16 时，向上层协议报错) 然后随机的从集合中选择一个数 K, 再用 K 乘以 1 个征用期时间，作为下次发送的随机等待时间。

全双工模式的特点

全双工模式下，发送和接收是独立进行的，不存在数据包碰撞的问题。
全双工模式下，每个端口都有自己专用的通信路径，因此不需要使用CSMA/CD来防止碰撞。

全双工与交换机

在现代以太网中，通常使用交换机（Switch）而不是集线器。
交换机为每个端口提供独立的通信路径，每个端口有自己的冲突域，因此可以支持全双工模式。
交换机中的端口通常支持全双工模式，这意味着发送和接收数据可以同时进行，没有冲突的问题。

总结

半双工模式下，使用CSMA/CD来处理数据包的碰撞。
全双工模式下，由于不存在碰撞的问题，因此不需要使用CSMA/CD。

在实际应用中，大多数现代以太网设备（如交换机和网卡）都支持自动协商机制，可以自动检测连接设备的能力并选择最适合的模式（半双工或全双工）。如果两端设备都支持全双工模式，它们将自动协商为全双工模式，并且不会使用CSMA/CD机制。

快速以太网

快速以太网（Fast Ethernet）是一种以太网标准，它提供了比传统以太网更快的数据传输速率，通常为100 Mbps（兆比特每秒）。快速以太网的标准是IEEE 802.3u，它是在1995年推出的，以满足日益增长的网络速度需求。下面是快速以太网的一些主要特点：

1. 传输速率

快速以太网支持100 Mbps的数据传输速率，是传统10 Mbps以太网的10倍。

2. 标准

快速以太网遵循IEEE 802.3u标准，这是一个国际标准，确保了不同厂商的产品之间的互操作性。

3. 介质访问控制

快速以太网使用载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）机制来管理网络上的数据传输，避免数据包碰撞。

4. 支持的物理层

快速以太网支持多种物理层标准，包括：
- 100BASE-TX：使用两对UTP（无屏蔽双绞线）电缆，支持100 Mbps的速度。
- 100BASE-FX：使用光纤电缆，支持100 Mbps的速度，适用于更长距离的传输。
- 100BASE-T4：使用四对UTP电缆，其中两对用于发送数据，两对用于接收数据。

5. 兼容性

快速以太网与传统的10 Mbps以太网兼容，可以通过自动协商机制自动检测并适应连接设备的速度。
设备通常支持10/100 Mbps自适应，这意味着它们可以在10 Mbps和100 Mbps之间自动切换。

6. 应用场景

快速以太网广泛应用于局域网（LAN）中，特别是在企业和组织内部的网络部署。
它适用于需要较高带宽的应用，如文件共享、多媒体传输、视频会议等。

7. 成本效益

快速以太网技术成熟，成本相对较低，易于部署和维护。

8. 网络设备

快速以太网支持各种网络设备，包括集线器、交换机、路由器和适配器等。
交换机通常用于构建快速以太网网络，因为它们可以提供无冲突的数据传输。

9. 扩展性

快速以太网支持通过堆叠交换机和使用中继器等方式扩展网络覆盖范围。

总结

快速以太网是一种提供100 Mbps数据传输速率的以太网标准。
它遵循IEEE 802.3u标准，支持多种物理层标准，包括UTP电缆和光纤。
快速以太网与10 Mbps以太网兼容，并且支持自动协商机制。
它广泛应用于局域网中，提供了良好的性能和成本效益。

千兆以内网1000Mbps

千兆以太网（Gigabit Ethernet）是一种高速以太网标准，提供高达1 Gbps（千兆比特每秒）的数据传输速率。它是在1998年由IEEE 802.3z标准定义的，旨在满足对更高带宽需求的增长。以下是千兆以太网的一些主要特点和相关信息：

1. 传输速率

千兆以太网支持1 Gbps的数据传输速率，这是快速以太网（100 Mbps）的10倍。

2. 标准

千兆以太网遵循IEEE 802.3z标准。
该标准定义了多种物理层规范，包括使用UTP（无屏蔽双绞线）、STP（屏蔽双绞线）和光纤电缆的不同变体。

3. 物理层标准

千兆以太网支持多种物理层标准，包括：
- 1000BASE-T：使用4对UTP（无屏蔽双绞线）电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离为100米。
- 1000BASE-SX：使用多模光纤电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离可达550米。
- 1000BASE-LX：使用单模光纤电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离可达3000米。
- 1000BASE-CX：使用屏蔽双绞线，支持1 Gbps的速度，最大距离为25米。
- 1000BASE-ZX：使用单模光纤电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离可达70公里。

4. 兼容性

千兆以太网与快速以太网和传统以太网兼容，可以通过自动协商机制自动检测并适应连接设备的速度。
设备通常支持10/100/1000 Mbps自适应，这意味着它们可以在10 Mbps、100 Mbps和1 Gbps之间自动切换。

5. 应用场景

千兆以太网广泛应用于局域网（LAN）中，特别是在企业和组织内部的网络部署。
它适用于需要高带宽的应用，如文件共享、多媒体传输、视频会议、云计算等。

6. 成本效益

千兆以太网技术成熟，成本相对较低，易于部署和维护。

7. 网络设备

千兆以太网支持各种网络设备，包括集线器、交换机、路由器和适配器等。
交换机通常用于构建千兆以太网网络，因为它们可以提供无冲突的数据传输。

8. 扩展性

千兆以太网支持通过堆叠交换机和使用中继器等方式扩展网络覆盖范围。

9. 自动协商

千兆以太网支持自动协商机制，可以自动检测连接设备的能力并选择最佳的传输速率和双工模式（全双工或半双工）。

10. 全双工模式

千兆以太网支持全双工模式，这意味着在同一时间内可以同时发送和接收数据，提高了网络性能。

总结

千兆以太网是一种提供1 Gbps数据传输速率的以太网标准。
它遵循IEEE 802.3z标准，支持多种物理层标准，包括UTP电缆、STP电缆和光纤。
千兆以太网与10 Mbps和100 Mbps以太网兼容，并且支持自动协商机制。
它广泛应用于局域网中，提供了良好的性能和成本效益。

万兆以太网10GB

万兆以太网（10 Gigabit Ethernet，简称10GbE或10GE）是一种高速以太网标准，提供高达10 Gbps（十吉比特每秒）的数据传输速率。它是千兆以太网的后续标准，旨在满足数据中心、高性能计算和大型企业网络对更高带宽的需求。下面是万兆以太网的一些主要特点和相关信息：
1. 传输速率
万兆以太网支持10 Gbps的数据传输速率，这是千兆以太网（1 Gbps）的10倍。
2. 标准
万兆以太网遵循IEEE 802.3ae标准，该标准定义了多种物理层规范。
3. 物理层标准
万兆以太网支持多种物理层标准，包括：
- 10GBASE-T：使用铜线（UTP或STP），支持10 Gbps的速度，最大距离为100米。
- 10GBASE-LR：使用单模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达10公里。
- 10GBASE-ER：使用单模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达40公里。
- 10GBASE-SR：使用多模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达300米。
- 10GBASE-ZR：使用单模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达80公里。
- 10GBASE-LRM：使用多模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达220米。
- 10GBASE-CX4：使用屏蔽双绞线，支持10 Gbps的速度，最大距离为15米。
- 10GBASE-CX2：使用屏蔽双绞线，支持10 Gbps的速度，最大距离为20米。
4. 兼容性
万兆以太网与千兆以太网和快速以太网兼容，但通常需要专门的网络设备和支持10GbE的网络接口卡（NIC）。
5. 应用场景
万兆以太网广泛应用于数据中心、高性能计算集群、核心网络交换和企业网络中。
它适用于需要极高带宽的应用，如大数据处理、云计算、视频流媒体等。
6. 成本效益
万兆以太网的成本相对较高，但在需要高带宽和低延迟的应用场景中，它的投资回报率很高。
7. 网络设备
万兆以太网支持各种网络设备，包括高端交换机、路由器和适配器等。
交换机通常用于构建万兆以太网网络，因为它们可以提供无冲突的数据传输。
8. 扩展性
万兆以太网支持通过堆叠交换机和使用中继器等方式扩展网络覆盖范围。
9. 自动协商
万兆以太网支持自动协商机制，可以自动检测连接设备的能力并选择最佳的传输速率和双工模式（全双工或半双工）。
万兆以太网通常使用全双工模式，因为在这种模式下可以同时发送和接收数据，提高了网络性能。
10. 技术进步
随着技术的进步，万兆以太网设备变得更加高效、可靠并且成本逐渐降低。
例如，10GBASE-T标准的引入使得使用铜线电缆的万兆以太网更加普及。
总结
万兆以太网是一种提供10 Gbps数据传输速率的以太网标准。
它遵循IEEE 802.3ae标准，支持多种物理层标准，包括铜线和光纤。
万兆以太网广泛应用于数据中心和高性能计算中，提供了非常高的性能和灵活性。

端口自协商：解决不同以太网速度的协商

争用期

以太网端到端的往返时延2t 称为争用期，或冲突窗口，为了冲突检测要求传输时延>=2*传播时延。也就是数据帧长/带宽>=2*信道长度/电磁波在信道中的传播速度。