原创 浅谈Ethernet 带你入门以太网络

以太网络(Ethernet)为局域网络(Local area network, 简称LAN)中最常使用的一种技术，而目前也是该领域占有率最高的网络架构，相关规范由电机电子工程师学会(IEEE)所订定，并收录于IEEE 802.3标准中。本篇文章将根据该标准介绍以太网络(10M/100M/1000M)与相关测试内容。

以太网络的主要概念是透过网络上多个节点(Node)传送信息，各节点间以电缆或光纤信道等媒介进行传输，每个节点都有其特定门牌号码－全球仅有一组之48位MAC地址(Media Access Control Address)，透过相异的门牌来确保以太网络上所有节点能相互确认避免造成传输错误。

想要了解以太网络，应该先熟悉以下两个专有名词：

-网络拓扑(network topology)

-载波检测多重存取附碰撞侦测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, 简称CSMA/CD)

图 1

总线拓扑图没有特定主机为核心，而是主要网络共享于特定传输媒介上，双绞线、同轴电缆或集线器(Hub)都经常被用于总线拓扑结构，如图2所示。布线同样具有便利性，并且新增或移除新装置时不须做特别设定，缺点则是若传输主干任一线段发生问题，将造成整体网络瘫痪。

图 2

CSMA/CD主要运用于总线架构，所有欲传送数据的主机(或工作站)，都需将数据广播到(Broadcasting)传输媒介上，而所有工作站都须具备接收网络上所广播的讯息之能力。

理想情况下，一段时间内只有单一讯号源传送讯息，传送数据前主机(或工作站)必须确认网络上有没有讯号在传送，如果网络上没有其他讯号源进行传送或其余工作站闲置(idle)，之后便可开始传送数据，反之就必须等待，并继续侦测。如果有两部主机(或工作站)同时传送讯号，讯号间会在网络上发生碰撞（Collision），如图3，而导致讯息错误无法被接收端(Receiver)解译。

当传输讯息发生碰撞冲突时，其余传送中的单位必须停止传送讯号，同时造成碰撞的传送端将送出扰乱讯息(Jamming Signal)，告知其余工作站已发生碰撞请勿再传送讯号，而该传送端将等待随机时间(Random Time)后再重新传送。

图 3

对于网络拓扑图与CSMA/CD机制有初步认知后，接着会介绍一开始所提到的10Base-T/100Base-TX/1000Base-T，并针对各个规格，介绍如何量测传输质量。

10Base-T：

(IEEE 802.3Clause 1 through Clause 20)

10代表10Mbps，Base为Baseband(基频)，T为先前提过之Twisted Pair双绞线，10Base-T常用的电缆线则为Cat-3 UTP。

10Base-T为曼撤斯特编码(Manchester Encoded)，藉由原始讯号的转态来定义0与1，其双绞线上最低需求的带宽为20M，其保持原来 CSMA/CD 的特性，但网络架构为树状拓扑(混合星状与总线)，如图4。

图 4

图4总线架构之设备为常见的集线器(Hub)，如果工作站与该联机断线，将不会影响单位的讯息收发，而且布线与网络维护上能够包含两种拓扑结构的优势。

测试方面也会对10MBase-T相关之CSMA/CD特性进行验证，并且应用等效双绞线模块TPM(Twisted Pair Model)于测试中。首先会针对讯号质量进行量测，其测试的条件定义在当传送端及接受端从连接上后，传送端所传送的Link Pulse及传输数据之讯号回到闲置状态的讯号质量，以及量测待测物与常见之接收端阻抗值，确认两者是否匹配，详细的测试项目可参考表1：

表 1

100Base-TX：

(IEEE 802.3 Clause 21 through Clause 33)

100Base-TX 传输速率为100 Mbps，结尾X代表规格(Spec)同于美国国家标准学会所提出之X3T9.5标准。而100Base-TX 使用两对双绞线，一对发出信号而另一对接收讯号。为了传输高频的讯号，电缆通常选择带宽较高的Cat-5 UTP以确保讯号质量。

通讯协议同样为CSMA/CD架构，与10Base-T的不同的是，编码方式与Auto negotiation功能。100Base-TX的编码方式相比10Base-T更为复杂，摒弃曼撤斯特编码而改用4B/5B加上NRZI(Non-Return Zero Inverted code)后，最终再透过Multi-Level Transmission-3 (MLT-3)编码后送出如图5所示，故缆线所需带宽为

主要的测试都会倾向于检测MLT-3的讯号完整性为主。