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1.共享式以太网与CSMA/CD
传统的共享式以太网（IEEE 802.3）结构如图3-2所示。以太网的节点可以提供连接器直接连接到作为共享总线的同轴电缆，或者双绞线与RJ-45接口集线器（hub）上，构成一个共享式以太网。以太网的任何一个节点要发生数据，都要通过平等竞争获得总线的控制权。如果有两个或两个以上的节点同时在总线上发送了数据，就会出现“冲突”，造成发送失败。因此，我们经常说“节点 A ～节点 E 共享一个冲突域”。
图3-2 共享式以太网结构示意图
为了尽量减少冲突的发生，研究人员提出了一种带有“带有冲突检测的载波侦听多路访问”（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）的分布式控制算法。有人将CSMA/CD算法的工作过程形象地比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会，参加会议的人都只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有等会场安静下来后，他才能够发言。人们将发言前需要倾听以确定是否有人在发言的动作称为“载波侦听”；将在会场安静的情况下，每人都有平等的机会讲话称为“多路访问”；如果在同一时刻有两人或两人以上同时说话，大家就无法听清其中任何一人的发言，这种情况称为发生“冲突”；发言人在发言过程中需要及时发现是否发生冲突，这个动作叫作“冲突检测”。如果发言人发现有冲突发生，则需要停止讲话，然后随机延迟一段时间并再次重复上述过程，直至发言成功。如果失败的次数太多，发言人也许就放弃了这次发言的想法。人们将使用CSMA/CD算法的以太网称为“共享式以太网”。
共享式以太网的节点利用共享总线以“广播”方式发送数据，并且发送数据的时间是随机和不确定的。接入以太网的节点越多，冲突发生的概率就越高，总线效率就越低。如果接入共享总线（或集线器）的节点数为 n ，共享总线的数据传输速率为10Mbps，即带宽为10Mbps，那么最理想的状态（不发生冲突）下，每个节点平均可使用的带宽只能达到（10/ n ）Mbps。接入的节点数 n 越大，每个节点可使用的带宽就越小。因此，共享式以太网只能用于办公自动化环境，不能用于有实时性要求的过程控制环境。
2.交换式以太网与以太交换机
为了克服网络规模与网络性能之间的矛盾，人们提出将共享式以太网改为交换式以太网，这就推进了交换式以太网的研究与发展。交换机（switch）工作在MAC层，根据MAC地址以“点-点”方式传送数据帧。通过交换机可以将多台计算机以星形拓扑组织成交换式以太网。
在IEEE 802.3协议中，规定每个接入以太网交换机的节点，其网卡都有一个全网唯一的硬件地址，即MAC地址。MAC地址长度为48位（如“0201002A10C3”）。以太网将准备发送的数据封装在一个结构固定的“帧”（frame）中，帧中含有源MAC地址与目的MAC地址字段。交换式以太网的核心是交换机，多个节点的网卡通过双绞线与交换机端口连接组成交换式以太网（其结构如图3-3所示）。
图3-3 交换机结构与工作原理示意图
图3-3中的交换机有6个端口，其中端口1、2、3、4、6分别连接节点 A 、 B 、 C 、 D 、 E 。交换机的“端口号/MAC地址映射表”记录端口号与节点MAC地址的对应关系。如果节点 A 要向节点 C 发送数据，节点 A 就在所发送帧的目的地址（DA）中填入节点 C 的MAC地址“1D0100030001”。如果节点 E 同时向节点 D 发送数据，那么节点 E 在所发送帧的目的地址中填入节点 D 的MAC地址“0E1002000013”。节点 A 、 E 同时通过交换机端口1和6发送以太帧，交换机转发机构根据“端口号/MAC地址映射表”分别找出两者对应的输出端口，它将节点 A 发送的帧转发到端口3，将节点 E 发送的帧转发到端口4，连接在端口3的节点 C 可以接收到节点 A 发送的帧，连接在端口4的节点 D 也可以接收到节点 E 发送的帧。节点 A 向节点 C 、节点 E 向节点 D 可以同时发送数据帧，而相互不干扰。实际使用的以太网交换机根据不同的规格和型号有8/16/24/48端口，数据传输速率为100Mbps或1Gbps，支持全双工或半双工通信方式。
3.交换机带宽
交换机带宽的计算方法是：端口数×相应端口速率（全双工模式再乘以2）。例如，一台交换机有24个100Mbps的全双工端口和2个1Gbps的全双工端口，如果所有的端口都工作在全双工状态，那么交换机总带宽为：
S =24×2×100Mbps+2×2×1000Mbps=4800Mbps+4000Mbps=8800Mbps=8.8Gbps
对于上述计算方法，需要注意到：这是在一个理想状态下，没有考虑任何丢帧的情况，按每一个端口可能达到的线速来计算的，因此交换机带宽也叫作背板线速带宽。如果一个端口是全双工端口，端口使用了两块100Mbps的快速以太网的网卡，那么这个端口的线速就是200Mbps。
总结以上讨论的内容可以看出，交换式以太网与共享式以太网的区别主要表现在以下几个方面：
● 交换机取代了集线器；
● 并发连接方式取代了共享方式；
● 全双工方式取代了半双工方式；
● 独占方式取代了共享方式；
● 不存在冲突，不采用CSMA/CD方法；
● 为了保持兼容性，交换式以太网保留了以太网的帧结构、最大与最小帧长度等一些根本特征。
这些技术改进提高了以太网的性能，使得交换式以太网能够在物联网中得到广泛应用。