3.1 以太网

3.1.1 以太网的基本概念

1.以太网发展的历史

在局域网研究领域，以太网（Ethernet）并不是最早，却是最成功的技术。20世纪70年代初期，欧美的一些大学和研究所开始研究局域网技术。最早期研究的是环形局域网。例如，1972年美国加州大学研究Newhall环网，1974年英国剑桥大学研究剑桥环网（Cambridge Ring）。20世纪80年代，局域网领域出现了以太网、令牌总线（Token Bus）与令牌环网（Token Ring）三足鼎立的局面，并且分别形成了IEEE 802.3、IEEE 802.4与IEEE 802.5标准。令牌总线与令牌环网都应归为环网，只是令牌环网是物理上的环网，而令牌总线是物理上的总线网、逻辑上的环网。

到20世纪90年代，以太网开始受到产业界的认可和得到广泛的应用。21世纪，以太网技术已成为局域网、城域网与广域网领域的主流技术。

2.以太网协议体系

1980年2月，IEEE成立了局域网标准委员会，专门从事局域网标准化工作，并制定了IEEE 802标准。IEEE 802标准的研究重点是解决在局部区域（如办公室、实验室、图书馆和家庭）的计算机组网问题，研究者关心的是OSI参考模型中的数据链路层与物理层，网络层及以上高层则不属于局域网协议研究的范围。这是最终的IEEE 802标准仅对应OSI参考模型的数据链路层与物理层的原因。

在1980年成立IEEE 802委员会时，局域网领域已经存在以太网、令牌总线、令牌环网技术，同时市场上还有很多不同厂家的局域网产品，它们的数据链路层与物理层协议各不相同。面对这样一个复杂的局面，为给多种局域网技术和产品制定一个共用的模型，IEEE 802标准将数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control, LLC）子层与介质访问控制（Media Access Control, MAC）子层。不同局域网在MAC子层和物理层可以采用不同协议，但是在LLC子层必须采用相同协议。不管局域网的介质访问控制方法、帧结构及物理传输介质有什么不同，LLC子层都统一将它们封装到LLC帧中。LLC子层与低层具体采用的传输介质、介质访问控制方法无关，网络层可以不考虑局域网采用的传输介质、介质访问控制方法和网络拓扑构型。

以太网在有线局域网中具有“一统天下”的地位。无线局域网是基于以太网技术的，通常称为无线以太网。由于MAC协议趋于相同，LLC子层的历史使命被弱化，因此后期在研究局域网时已经不考虑LLC子层，数据链路层仅剩下MAC子层，在局域网的讨论中可以用MAC层代替数据链路层。

3.以太网技术的发展与演变

由于IEEE对802.3标准采取开放的策略，公开了以太网的全部技术文档，使以太网软件的开发变得很容易，因此能吸引很多软件厂商参与开发网络操作系统与应用软件。正是由于以太网网卡造价低、组网容易、网络操作系统功能强大和网络应用软件丰富，以太网成为了办公室、企业局域网的首选技术。到了20世纪80年代，以太网用户数很快扩大到数亿量级。为进一步扩大以太网的应用范围，以太网目前正在向交换式以太网、高速以太网、无线以太网、工业以太网与电信级以太网方向发展，应用范围也从局域网向城域网、广域网与云计算数据中心网络方向扩展，成为公认的计算机网络主流技术之一。图3-1给出了以太网技术发展方向的示意图。