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1  以太網的由來
    最早的以太網應該追溯到施樂公司（Xerox）的PARC（Palo Alto Rebbbbbb Center）研究項目，當時為20世紀70年代初，速度2.94Mbps。到了1980年，由數(shù)字設備公司（DEC）、英特爾公司（Intel ）和施樂公司頒布了DIX V1.0標準，把以太網的速度提升到10Mbps，但仍采用同軸“粗纜”作為傳輸介質。在1982年，DIX V2.0標準發(fā)布，這就是人們目前最常用，也最熟悉的Ethernet II。

    在DIX標準發(fā)布的同時，電氣與電子工程協(xié)會（IEEE）也計劃由802委員會制定開放網絡標準。1985年，由IEEE頒布了“IEEE802.3載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測（CSMS/CD）的訪問方法和物理層規(guī)范”，由于DIX 2.0和802.3的幀格式略有差別，故在泛談以太網時，要注意二者之間的細微差別，因為有用戶因選錯幀格式而造成網絡連接不上的情況。

2  以太網的連接

圖1  最早版本的太網連接圖

   最著名的以太網連接圖，莫過于Bob Metcalfe 繪制的最早版本的圖了（如圖1所示）。由圖1中看出，以太網的結構十分簡單，干纜被稱之為“以太”（Ether），兩端有終端頭（Terminator）結尾，每個節(jié)點由分支器（Tap）引出，然后是收發(fā)器（Transceiver）接分支電纜（Interface cable）到計算機或控制器的接口卡（Interface）。重畫后的圖如圖2所示。

圖2  重畫后的圖

    圖2中的以太網使用粗纜，即同軸電纜，并需要收發(fā)器，通過AUI電纜與計算機或控制器相連。

    隨著以太網技術的發(fā)展，現(xiàn)在的以太網已由過去的總線式連接，變?yōu)樾切芜B接。

3  以太網的標準
    以太網是一種局域網(LAN，Local Area Network), 早期的標準為IEEE802.3，數(shù)據鏈路層使用CSMA/CD，10Mbps速度。物理層有：
    10Base 5 粗同軸電纜，RG-8，一段最長為500米。
    10Base 2 細同軸電纜，RG-58，一段最長為185米。
    10Base T 雙絞線，UTP或STP，一段最長為100米。
    快速以太網為100Mbps，標準為802.3u，介質為：
    100 Base Tx 雙絞線；
    100 Base Fx 光纖。
    目前10M/100M的以太網使用最為普遍，很多企事業(yè)的用戶已經實現(xiàn)100M以太網到桌面，確實體驗到高速“沖浪”的快感，另外從距離而言，非屏蔽雙絞線（UTP）可達100米，多模光纖可達2～3公里，單模光纖可大于100公里。

    千兆以太網，1000Mbps為802.3z / 802.3ab，萬兆以太網10Gbps為802.3ae，將為新一輪以太網的發(fā)展帶來機遇與沖擊。

4  為什么要使用以太網？
    以下幾個因素促使了以太網的快速發(fā)展：
    (1)  實現(xiàn)網絡的造價最經濟
    從現(xiàn)有和實現(xiàn)的網絡當中，無疑以太網是造價最經濟的，無論計算機的網卡，很多主板（Mother board）已經集成了以太網口，單買PCI或ISA的以太網卡，售價低于100元人民幣。而有些專用網卡的價格則高達萬元人民幣（如某些工業(yè)網絡），超五類的雙絞線也是各類網絡線中最便宜的，甚至多模光纜的價格也跌破10元/米，這對工業(yè)行業(yè)的用戶更是一個好消息，而且市面上有琳瑯滿目的集線器（Hub）、交換機（ Switch）、路由器（Router）、收發(fā)器（Transceiver）等連接設備可供選擇，更不會受某個廠商的約束。

    (2)  以太網的性能最優(yōu)
    早期的以太網速度為10Mbps，傳送一幅標準以太網幀（1518字節(jié)），需要1.2ms，100Mbps需要120ns，1Gbps需12ns，而今天10Gbps只要1.2ns，所以比起其他網絡來說，性能相差極大。

    (3)  操作系統(tǒng)的支持
    無論是使用bbbbbbs，還是使用Unix或者Linux，以太網都是操作系統(tǒng)當然支持的網絡。

    (4)  以太網的市場分額最大
    電子類產品的特點是：數(shù)量越大，價格也越便宜，所以說選擇以太網并非是商家的選擇，而是用戶的選擇，應用的選擇，市場的選擇。

    (5)  以太網的拓撲形式多樣
    除了是總線型和星型的傳統(tǒng)結構外，還可以構成環(huán)型、雙環(huán)型、雙總線型和混合型多種結構。

    (6)  以太網的速度可按需進行“分配”
    在主干網上，交換機口端口速度可達10G，背板總線可達幾百個G，而到桌面或現(xiàn)場I/O可使用10M以太網，這也是以太網所獨有的特點，可按照使用需要，選用不同速度的產品，這一特點也可以保護老用戶的投資，老用戶的產品仍可使用，而一般專用網絡速度是一樣的。

    (7)  以太網擴展靈活
    用戶可以隨時構建新的以太網，并把它加入到原來的網絡之中，這種引入甚至在網絡運行時即可進行。

    (8)  以太網的伸展距離巨大
    由于光纜的使用，使得局域網的范圍大大增加了，原來百米的距離現(xiàn)在可擴至幾公里到百公里。

    (9)  以太網與其他網絡聯(lián)接非常方便
    通過路由器，以太網很容易同X.25、ISDN、PSTN、ADSL、FR、ATM等網絡聯(lián)接。

5  工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網與商用以太網的區(qū)別

表1  一些常用工業(yè)標準

    什么是工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網？技術上它與IEEE802.3兼容，故從邏輯上可把商用和工業(yè)網看成是一個以太網，而用戶可以根據現(xiàn)場情況，靈活裝配自己的網絡部件，但從工業(yè)環(huán)境的惡劣和抗干擾的要求，設計者希望采用市場上可以找到的以太網芯片和媒介，兼顧考慮工業(yè)現(xiàn)場的特殊要求，首先要考慮的是高溫、潮濕、震動；第二是對工業(yè)抗電磁干擾和抗輻射有一定要求，比如滿足EN50081-2、EN50082-2標準，而辦公室級別的產品未經過這些工業(yè)標準測試。為了改善抗干擾性和降低輻射，工業(yè)以太網產品多使用多層線路板或雙面電路板，并且外殼采用金屬，如鑄鋁來屏蔽干擾；第三是電源要求，因為集線器、交換機、收發(fā)器多為有源部件，而現(xiàn)場電源的品質又較差，故通常都采用雙路的直流電或交流電為其供電。另外考慮方便安裝，工業(yè)以太網產品多數(shù)使用DIN導軌或面板安裝；第四是通訊介質的選擇，在辦公室環(huán)境下，多數(shù)配線多使用UTP，而在工業(yè)環(huán)境下，推薦用戶使用STP（帶屏蔽雙絞線）和光纖（Optical Fiber）。

6  如何提高工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網的可靠性？
    傳統(tǒng)的以太網是總線型結構或星型結構，而且很少談及冗余問題，由于工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網對其有可靠性的要求，故很多廠商對其進行了進一步的開發(fā)，目前已經可以滿足用戶的各種要求。

    如果用戶擔心網卡或網絡模塊的問題，可選用雙網卡或雙網絡模板，實現(xiàn)以太網接口的冗余，如果擔心網線不可靠，可選用雙總線、雙分支線、單環(huán)、雙環(huán)結構，而實現(xiàn)不同網段的雙重冗余和四重冗余，如果擔心網絡接線設備出故障可選擇集成器和交換機雙重冗余或熱備，實現(xiàn)網絡設備的冗余。

    由于采用上述各種安全技術，當網絡發(fā)生一個或多個故障時，網絡仍能正常工作，當網絡出現(xiàn)非常嚴重的故障時，由于智能交換設備內置了高速的冗余算法，通常在300ms之內可以完成切換，使網絡恢復正常，有的網絡設備甚至可在網絡工作時對網絡進行重新配置，對網絡進行維護和擴展。

7  如何保證工業(yè)以太網專題">工業(yè)以太網的實時性？
    如果在應用層使用Modbus這樣小巧的協(xié)議，它的報文（幀）比標準的以太網的報文小許多（Modbus TCP的報文長度為256個字節(jié)，而以太網的報文長度為1518字節(jié)，兩者相差5倍），所以減少了碰撞幾率。

    采用交換式以太網取代共享式以太網。使用集成器的以太網，所有連在其上面的設備都共享這一以太網的帶寬，所有設備都位于同一沖突域內，所以它們之間很容易發(fā)生沖突。如果采用交換機，那么每個端口之間是相互隔離的，也就是說，每個端口都獨享帶寬，直到與另一個口發(fā)生連接時（虛擬連按）才產生一個沖突域，且和其它端口無關，這樣看來，交換機自動把原來的一個沖突域劃分成多個沖突域，故減少了沖突的發(fā)生。

    提高網絡帶寬也可降低沖突的發(fā)生，如把10M的以太網升級到100M，把半雙工變?yōu)槿p工，都可降低可能的沖突。

    另外，IEEE802.1P工作組研究出一種機制，為那些對時間敏感的數(shù)據提供更高的傳送優(yōu)先級，這主要針對是多點傳送幀的發(fā)送。

    最重要的就是在設計以太網時，遵照設計規(guī)則把要傳送的數(shù)據進行分類，比如可把它們采集速率，分為快速、一般、慢速，對網段進行合理的劃分，并按工藝和功能對網絡進行優(yōu)化，確保網絡負載小于某個百分比（如35%），這樣才能確保數(shù)據的實時性。