快速以太网

引言

在快速发展的计算机世界中，速度正变得越来越重要。随着技术进步和网络需求的增长，对更快数据传输的渴望已成为首要目标。快速以太网是网络技术的一项重大进步，旨在应对不断增长的功能和需求。

快速以太网彻底改变了通信格局，提供了无与伦比的速度，开启了由速度驱动连接的新时代。

快速以太网的关键术语

1. 以太网 (Ethernet): 这是一种广泛的网络技术，主要定义了有线连接的数据传输方法。它是一个互联计算机在网络上的集合。以太网为此目的使用的协议基于分组交换概念。以太网技术使连接到任何网络的设备能够进行通信，而不会出现数据包冲突。在以太网网络中，数据被分割成数据包。

2. 数据传输速率 (DTR): 数据传输速率的另一个名称是数据吞吐量。它指的是在单个网络内的连接设备之间数据传输的速度。DTR 可用比特每秒 (bps) 或千比特每秒 (Kbps) 来量化。

3. 带宽 (Band Width): 它主要指网络连接上可能达到的最快数据传输速率。它表示介质能够承载的最大数据量。实际上，带宽是在特定时间内可以通过链路传输的数据量；它以兆比特每秒 (Mbps) 为单位进行测量。

理解快速以太网

通过提高数据传输速率，快速以太网是一种改进标准以太网的网络技术。为了满足网络环境中对更快数据传输速率日益增长的需求，快速以太网比标准以太网有了显著的进步。最初的以太网标准由 IEEE（电气电子工程师协会）802.3 规范定义，工作速度为 10 Mbps。然而，对更高网络速度的需求不断增加，使得升级后的以太网标准变得必要。

为了实现其更快的 DTR，基于 IEEE 802.3u 规范的快速以太网带来了许多改进。与标准以太网相比，主要进步之一是利用了多种介质类型和信令机制。光纤和双绞线布线都能受益于快速以太网。

快速以太网的重要性

快速以太网对网络性能、效率和功能的影响使其意义重大。以下是一些要点：

• 更高的数据传输速率
• 改进的网络效率
• 成本效益
• 可扩展性
• 适应性
• 它支持需要大量带宽的应用程序，如大文件传输、视频会议。

快速以太网的类型

快速以太网有多种类型，每种都有其自身的技术规格、实现和特性。

快速以太网主要有两种类型

• 100Base-TX
• 100Base-FX

1. 100Base-TX

• 为了方便数据传输，100Base-TX 使用双绞铜线，也称为 Cat5e 电缆。
• 它主要用于局域网（LAN）或本地网络。
• 支持高达 100 Mbps 的数据传输速度，并支持全双工和半双工模式。
• 它用于 LAN 环境、打印机和其他连接设备。

2. 100Base-FX

• 另一种快速以太网类型，称为 100Base-FX，使用光纤布线进行数据传输。
• 它不受电磁干扰的影响，主要用于长距离传输，范围可达 120 公里。
• 它提供更高的带宽，并支持高达 100 Mbps 的 DTR。
• 它经常用于连接不同建筑物之间的设备，或在没有铜缆的地方。

快速以太网的应用

快速以太网在各种场景和行业中有多种用途。快速以太网的应用领域包括：

• 数据中心：在数据中心环境中，快速以太网通常用于连接服务器、存储设备和网络设备。它通过促进服务器和存储阵列之间的数据快速移动，从而允许在数据中心托管任务关键型应用程序和服务。
• 监控系统：在监控系统中，快速以太网通过 IP 摄像头传输高清视频流到监控站或录制设备。它提供连续监控并实时捕获视频，从而提高安全性和监控能力。
• 教育机构：在大学等教育机构中，快速以太网用于促进网络化学习环境。它使教师和学生能够使用在线学习平台、协作工具和教学资源，所有这些都有助于改进学习过程。
• 电信：在电信网络中，快速以太网支持网络汇聚点、中央办事处和蜂窝基站之间的回传链路。它能够通过广泛的电信网络高效传输电话、数据和视频流量。

导致快速以太网的以太网演变

以太网于 20 世纪 70 年代在施乐帕洛阿尔托研究中心开发，是第一个开创局域网概念的网络，不久之后，以太网成为全球领先的标准。第一个正式版本以太网 1.0 使用同轴电缆以每秒 10 兆比特 (Mbps) 的速度传输数据，并在使计算机通信和资源共享高效方面取得了突破性进展。

到了 20 世纪 80 年代和 90 年代初，个人计算机、工作站和客户端-服务器系统的普及开始显示出 10 Mbps 以太网的局限性。

企业开始依赖文件共享、电子邮件和访问数据库，这导致了对带宽的依赖，并导致网络严重拥堵，阻碍了生产力。1995 年，IEEE 802.3u 标准，即快速以太网，被引入以解决这些问题。

快速以太网能够达到 100 Mbps，比前一个版本快十倍，极大地提高了生产力，同时保持了向后兼容性。这使得基础设施的升级更加容易，因为需要保留以前的标准和基础设施。

快速以太网的技术架构

允许更高速度网络连接的以太网升级称为快速以太网。快速以太网是一项显著的改进，可将数据传输速度从 10 Mbps 提高到 100 Mbps，以满足不断增长的需求。在介质访问控制、物理层和编码技术领域得到了增强。

1. 介质访问控制 (MAC) 层： 快速以太网中的 MAC 层与其标准以太网兼容。MAC 层仍然采用带冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD) 协议来控制数据流的冲突，该数据流以高概率被传输到网络中的同一位置。

主要的改进是全双工切换模式，数据流可以同时发送和接收。这在现代交换网络中特别有用。

2. 物理层： 能够支持更高传输速率和良好信号质量的变化在物理层最为明显。它在 IEEE 802.3u 中定义，并描述了各种介质选项

• 100Base-TX：此版本使用 Cat 5（或更高版本）双绞线，每段的长度限制为 100 米。
• 100Base-FX：此版本使用光纤进行长距离传输或在有干扰的情况下。
• 100Base-T4：这是第一个采用 Cat 3 布线的版本。由于已被 Cat 5 取代，因此已不再使用。

3. 编码技术： 快速以太网中引入了先进的编码技术，旨在确保以高速度进行传输。例如，100Base-TX 应用 4B/5B 编码，将 4 位信息转换为 5 位，从而实现更好的对齐并提高精度。它还使用 MLT-3 信令，这减少了信号变化次数，从而降低了与此类信令相关的干扰。这使得铜缆可以在 100 Mbps 的速度下使用。

快速以太网的优点

虽然已被千兆以太网和 10 千兆以太网超越，但快速以太网在实用性、性能和可负担性之间取得了平衡，并在 90 年代彻底改变了网络，这也是它如此受欢迎的原因。

1. 向后兼容性：能够在同一网络中连接 10 兆比特和 100 兆比特设备，从而无需高昂成本即可逐步升级，这是一个主要优势。
2. 高性价比的性能：快速以太网过去以及现在都非常适合大规模和小型企业。与 FDDI 和 ATM 等其他竞争对手相比，快速以太网提供了更高的成本节约和速度。
3. 实施简单：快速以太网获得了应用和商业上的成功，其变化很小。它们能够保留相同的帧格式、协议和地址。
4. 广泛的行业支持：快速以太网赢得了 IEEE 和思科、英特尔、3Com 等主要供应商的支持，这加强了规格的合规性，并使快速以太网成为占主导地位的 LAN 标准，从而提升了其受欢迎程度。

快速以太网的局限性

快速以太网在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初发挥了重要作用，但随着千兆以太网和 10 千兆以太网等更先进标准的出现，其今天的实用性无疑已大大降低。当今的几个因素突显了快速以太网的一些缺点。

1. 速度上限：其 100 Mbps 的最高速度曾经是一项壮举，但在当今这个时代，在一个需要更高吞吐量的 4K/8K 流媒体、虚拟化、云计算和 AI 工作负载的世界里，它被证明是不够的。
2. 可扩展性问题：对于较小的网络来说，快速以太网绰绰有余，但在更大规模的环境中，它却表现不佳。100 Mbps 的上限，加上 100 Mbps 的限制，会产生瓶颈和争用，这会总体上降低效率，同时又将自己定位为可扩展性的瓶颈。
3. 依赖旧设备：属于集线器、交换机和网卡类别的过时支持硬件价格昂贵且维护麻烦。由于场所不支持，资金不足是当今的一个问题，而升级是唯一可行的选择。
4. 距离限制：最常见的 100Base-TX 标准每段仅支持 100 米或更短的距离。对于更大的网络，如果没有更复杂、更昂贵的设备，例如更多的设备甚至光纤，这种方法效率低下。

不同网络拓扑中的快速以太网

快速以太网可用于多种网络拓扑，并带来特定的优点和缺点，包括成本、可扩展性和可靠性。

1. 星型拓扑：配置快速以太网最流行的方式。所有设备都连接到一个中央交换机（或集线器）。优点——易于防范故障。如果一个设备/电缆发生故障，网络的其余部分仍可正常运行。易于故障排除，易于扩展。最适合办公 LAN。
2. 总线拓扑（旧式）：早期以太网采用此类拓扑。所有设备通过单根骨干电缆连接。成本低廉但不实用——连接大量设备，大量冲突会导致拥堵，效率低下。不适合现代快速以太网。
3. 混合拓扑：包括星型、总线型和环型拓扑的组合。允许组织为不同部门定制设计，同时仍拥有单一网络。

快速以太网的实际应用

在 20 世纪 90 年代末和 21 世纪初，快速以太网因其比前代以太网更便宜、更快而被应用于数字世界的转型。它在许多领域都很有用。

1. 企业网络：快速以太网在企业数字化进程中发挥了重要作用。更快的带宽导致共享驱动器、电子邮件和内部网得到有效利用，从而提高了协作和生产力。
2. 医疗保健系统：医院在患者护理方面得到了极大的改善。它缩短了传输 MRI、CT 扫描和 X 射线等大型医疗文件所需的时间，从而加快了诊断速度，并促进了专家之间的协作。
3. 制造和工业自动化：工业环境中的快速以太网能够连接 PLC、传感器和监控设备。它有助于实时自动化通信，用于监控生产。
4. 政府和公共机构：快速以太网用于改进记录保存。政府机构因此能够实时共享信息，从而改进决策、运营，并最终提高公共服务的质量。

结论

在计算网络中，与标准以太网相比，快速以太网在实现更高数据传输效率方面更为关键。当代网络基础设施围绕着对高速 DTR 连接和持续增长容量的需求而构建。尽管技术在不断发展，快速以太网仍然是当今网络基础设施的重要组成部分，在数字时代促进顺畅的数据交换。

常见问题

1. 什么是快速以太网，它与标准以太网有何不同？

快速以太网是一个仍可向后兼容的版本，已升级到以 100 Mbps 的速度运行，而不是标准以太网的 10 Mbps。快速以太网是在以太网系统标准下开发的。

对更高数据传输速率的迫切需求是其向后兼容性添加的原因，并且它是在 1995 年的以太网系统标准下实现的。

2. 快速以太网的主要类型有哪些？

快速以太网主要有两种类型：100Base-TX 和 100Base-FX。100Base-TX 适用于局域网 (LAN) 环境：它使用双绞铜缆（Cat5 或更高版本），支持 100 米的距离。100Base-FX 在距离上提供了更好的改进，支持 120 公里的距离，并使用光纤电缆。

3. 为什么说快速以太网是网络历史上的一个里程碑？

快速以太网是网络技术上的一项突破，因为它首次提供了可扩展、经济高效且向后兼容的解决方案，能够实现比原始以太网快十倍的速度。

4. 快速以太网的优缺点是什么？

优点包括向后兼容性、低成本、易于配置以及来自企业的支持。然而，缺点是其相对较低的 100 Mbps 最高速度、在大网络中性能不佳、对旧网络设备的依赖、铜缆的覆盖范围以及剩余的问题，这些问题要严重得多。

5. 我们今天在哪里仍然使用快速以太网？

尽管已被千兆以太网在很大程度上取代，但快速以太网仍在小型网络、教育系统、旧监控系统和过时的工业环境中使用，因为升级成本太高。对于这些情况，它仍然是一个有价值的解决方案，可以在不需要高带宽服务的地方提供低成本、高可靠性的连接。