交换式局域网：从共享到高速以太网

"本文主要介绍了共享式以太网的工作机制，包括带宽共享、带宽竞争和冲突检测/避免机制CSMA/CD，以及如何组建交换式局域网，涉及了以太网和IEEE802.3的相关标准，如快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的发展历程。" 详细内容: 以太网是局域网中广泛使用的通信协议，其基础标准由IEEE 802.3定义。以太网最初由施乐公司研发，自1983年第一个10Mbps标准确立以来，经过多次技术升级，逐渐发展出快速以太网、千兆以太网直至现在的万兆以太网。 共享式以太网是早期局域网的常见形式，所有连接在同一物理介质上的设备共享有限的带宽。在这种环境下，多个设备同时发送数据时可能发生冲突。为解决这个问题，以太网采用了载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）机制。CSMA/CD允许每个设备在发送数据前先监听介质是否空闲，如果介质空闲则立即发送；如果介质忙，则等待一段时间后再次尝试。在发送过程中，如果检测到冲突，设备会立即停止发送并等待随机时间后再试，以降低冲突的概率。 共享式以太网的典型结构有两种：物理上的总线结构和逻辑上的总线结构（通过星形连接的集线器实现）。这些结构中的带宽是所有设备共享的，因此，当多个设备同时传输时，每个设备的实际可用带宽会减少，这限制了网络的性能。 为了解决共享介质带来的问题，交换式以太网应运而生。交换式局域网采用独立的通道为每个设备提供专用的带宽，消除了冲突问题，显著提高了网络效率。局域网交换机是交换式局域网的核心，它通过建立端口之间的连接，使得数据包可以直接从源设备传输到目的设备，无需经过共享介质。 快速以太网（802.3u）是1995年制定的标准，将传输速率提升至100Mbps，同时保持了与传统10Mbps以太网的兼容性。快速以太网有多种实现方式，如100Base-T4、100Base-TX等，它们在物理层采用了不同的传输介质和技术，但都提供了比传统以太网更高的速度。 随着技术的进一步发展，千兆以太网（802.3z）和万兆以太网（802.3ae）相继推出，分别将速率提升至1Gbps和10Gbps，满足了更高带宽需求的网络环境。 从共享式以太网到交换式以太网的转变，不仅解决了带宽共享导致的性能瓶颈，也提升了局域网的服务质量和可靠性。通过不断的技术创新，以太网标准已经成为了现代网络基础设施的核心部分。