快速以太网是什么？

快速以太网是一种网络标准，它通过将以太网的传输速度提升至100 Mbps来改进以太网的性能。 Fast Ethernet技术的开发，正是为了应对局域网中对于更高带宽需求的增加。它使得信息传输速度得到提升，同时也提升了局域网的性能。 如今，这种技术被广泛用于企业网络、学校以及数据中心中，以实现计算机及其他设备之间的最佳数据传输。 所采用的该技术具备全双工传输能力，同时还可以实现半双工传输。因此，该技术可以适用于多种不同的网络配置，并可用于各种不同的应用场景。

什么是快速以太网？

快速以太网，指的是那些能够以100Mbps的速度进行数据传输的以太网标准。这与一般的以太网标准有所不同。以太网其传输速度可达10 Mbps。该技术是在20世纪90年代中期开发的，它是为了应对网络对更高带宽和性能需求而推出的改进版本。快速以太网可以支持多种物理层协议，例如100BASE-TX（使用双绞线作为传输介质）以及100BASE-FX（使用光纤作为传输介质）。之所以能够实现这一点，是因为该标准与早期的10 Mbps以太网网络具有向后兼容性，因此可以进行升级。

快速以太网的特点

• 速度提升：其操作带宽是原始10 Mbps以太网的两倍，数据传输速率则达到了100 Mbps。
• 向后兼容性：适合与那些使用旧版10 Mbps以太网标准的网络进行集成，因此无需进行大规模的改造来实施新的系统。
• 媒体灵活性：支持用于100BASE-TX的铜缆，也就是双绞线；同时也支持用于100BASE-FX的光纤电缆。
• 碰撞检测CSMA/CD技术被用于数据传输，其目的是避免网络上的冲突，或者在处理已经发生的冲突时采取相应的措施。
• 成本效益高：这是一种成本效益高的方法，可以在不增加新安装成本的情况下，提升各个网络的速度。同时，这种方法还能充分利用现有的电缆设施。

理解MAC子层

媒体访问控制（MAC）子层位于OSI模型的顶层，具体来说，它位于数据链路层（第2层）。其主要功能是对物理网络介质的访问进行控制，同时负责局域网中的数据包传输与接收。MAC子层承担着两个主要任务：接口协议的处理以及地址分配和通道访问控制。

• 地址：网络中的每个节点都拥有一个MAC地址，这是一个由48位组成的地址。该地址用于让传输设备能够将数据发送给接收设备或目标设备。这些地址被MAC子层用来区分连接到同一网络的不同设备。
• 通道访问控制：MAC子层负责控制多个设备对网络介质的访问，以及相关的机制。带有碰撞检测的载波侦测多路访问技术（CSMA/CD）能够妥善地控制访问权限，并有效处理各种冲突情况。

快速以太网中的帧结构

快速以太网中的帧结构与传统的以太网结构类似，但为了更好地支持更高的通信速度，其结构进行了一些修改。该帧由多个字段组成，每个字段都承担着特定的功能。

• 前言：这是一个由7个字节组成的字段，其中只包含1和0。该字段用于在接收器的分频器中与SCO进行通信。
• 起始帧分隔符（SFD）：这是一个1字节的字段，用于指向帧的起始位置。
• 目标MAC地址：一个包含6个字节的字段，用于存储……媒体访问控制（MAC）其中包含了接收设备的地址信息。
• 源MAC地址：这是一个由6个字节组成的字段，其中包含了以MAC地址形式表示的传输设备的地址。
• 长度/类型：这是一个2字节的字段，可以用来表示有效负载的长度，或者用于标识所使用的协议。
• 数据/ payload：在多样性之间交换的原始数据，其大小在46到1500字节之间。
• 帧校验序列（Frame Check Sequence, FCS）：这是一个用于错误检测的字段，其数据长度为4字节。

快速以太网中的物理层规范

物理介质

由于快速以太网只是数据速率的升级版本，因此它可以在多种物理介质上运行，比如双绞线和光纤。目前常用的两种标准分别是100BASE-TX和100BASE-FX。

双绞线电缆

• Cat5：为了与有线设施进行连接，以实现100BASE-TX快速以太网的连接，至少需要使用Category 5（Cat5）类型的电缆。这种电缆由四对铜线组成，其数据传输速率最高可达100 Mbps。
• Cat5e：增强型Cat5电缆，通常被称为Category 5e电缆。与传统的Cat5电缆相比，这种电缆的传输能力有所提升，其信噪比也更好，同时串扰现象也较少。此外，这种电缆还适用于100BASE-TX协议，其传输速度最高可达1 Gbps，因此也可以用于千兆以太网的连接。

光纤技术

• 100BASE-FX：该标准采用多模光纤电缆来传输数据，能够支持长达2公里的距离传输。因此，它被用于骨干网络连接以及那些需要高抗干扰能力且传输距离较长的应用场景中。

快速以太网的应用

局域网（LANs）

快速以太网在局域网中发挥着重要作用，其高效性使得它非常受欢迎。它能够有效地连接企业、学校或任何其他机构中的个人电脑、服务器、打印机以及其他设备。在办公室环境中，快速以太网能够提供足够的带宽，从而支持文件共享、打印以及网页浏览等日常需求。

2. 主干网络

在更大的网络环境中，Fast Ethernet被用作连接多个小型网络或子网络的骨干网络。这样一来，就可以在组织内的不同部门之间传输数据，比如从一个楼层传输到另一个楼层，或者从一个部门传输到另一个部门。

3. 网络升级

快速以太网适用于那些已经存在了10 Mbps以太网网络的情况，而企业则希望获得更高的传输速度，同时又不必对现有的布线系统进行太大改动。不过，快速以太网具有与10 Mbps以太网兼容的特性，因此，从10 Mbps以太网到快速以太网的过渡过程非常顺畅。

4. 中小企业：

Fast Ethernet非常适合那些需要比10Mbps以太网更高的带宽的中小型企业。不过，这些企业并不需要千兆以太网那种更高的传输速度，因此也无需支付千兆以太网那样高的价格。Fast Ethernet适用于各种日常业务需求，包括电子邮件的传输、网络服务的使用等。数据库连接。

5. 家庭网络建设

快速以太网被广泛应用于家庭网络建设中，它能够提供快速且稳定的互联网连接，适用于各种需要联网的活动，比如观看视频、玩游戏等。此外，它还可以用于连接各种家用设备，如个人电脑、游戏机、智能电视以及NAS或网络存储设备等。

6. 教育机构

诸如学校、学院和大学这样的机构，通常会采用快速以太网技术来连接计算机实验室、图书馆、办公室以及各个教室。这种技术有助于促进各种教育活动的进行，同时也有助于实现学生与教职员工之间的协作，以及共享各种资源。

7. 工业自动化

快速以太网被广泛应用于工业领域，用于连接控制器、传感器以及其他自动化设备。由于这些特性，它非常适合用于实时数据传输或控制制造过程。

8. 视频监控

快速以太网在基于IP技术的视频监控系统中得到了广泛应用。它能够为各种监控摄像头与监控站点或任何其他录音设备之间的视频流传输提供足够的带宽支持。

9. 语音在IP上传输技术（VoIP）

快速以太网还支持VoIP解决方案，这使得通过网络传输语音通话成为可能。它提供了所需的性能。带宽此外，还有与有效语音通话相关的低延迟问题。

10. 医疗保健

为了提升医院的运营效率，医院和诊所中的医疗设备、计算机以及信息系统都采用了快速以太网技术。这种技术能够使得患者的病历信息、图像资料以及其他重要数据能够在短时间内得到交换，从而改善患者的护理质量，提高医院的运营效率。

快速以太网的限制

• 速度限制：100 Mbps的上限：快速以太网的最大传输速度可达100 Mbps。不过，对于许多现代应用来说，这一速度显然不够用，更不用说高清视频流媒体、文件传输、云计算等需要更高速度的应用场景了。在这些情况下，通常会使用千兆以太网（1 Gbps）或更高速度的解决方案。
• 可扩展性问题：网络规模的增长：随着网络需求的不断增加，100 Mbps的快速以太网在传输能力方面已经远远无法满足需求。在许多情况下，为了应对日益增长的流量以及网络上的设备数量，需要使用更快的技术，比如千兆以太网或10吉比特以太网。
• 有限度的未来保障以高速传输的以太网方式，可能无法为网络的未来发展提供足够的扩展空间。因此，这种网络方式并不适合用于网络的长期扩展需求。
• 电缆长度限制：双绞线存在的局限性：在快速以太网中，双绞线的最大允许传输距离仅为100米（100BASE-TX）。对于更复杂的网络环境，可能需要使用交换机或中继器等设备来扩展网络，但这会带来更多的复杂性和成本问题。
• 光纤的成本：可以使用光纤进行传输（100BASE-FX），其传输距离可达2公里。不过，光纤电缆及相关设备的成本都比双绞线要高。
• 碰撞域：在具有枢纽节点的网络中，所有连接的设备都位于同一个冲突域中。随着设备数量的增加，这种情况会导致更多的干扰，从而影响到数据传输的效率。交换机通过将每个端口隔离到自己的冲突域中来减少这种问题，但这样做会带来一定的成本和复杂性。
• 硬件支持：这种处理方式意味着，两者都……NICs在网络设备和交换机本身上，都具备这样的功能。全双工由于这种处理方式不会引发冲突，因此可以同时进行信息的发送和接收。这是因为较旧的设备只能支持半双工传输方式，所以吞吐量仍然会受到很大的影响。
• 功耗：更高的功耗需求：虽然快速以太网产品的功耗比现代产品要高，但这类产品仍然被广泛用于各种交换机设备中。在需要大量电力的应用场景中，功耗或散热问题可能会成为一个严重的问题。因此，在这种情况下，使用快速以太网产品就显得非常重要了。
• 服务质量(QoS)：始终存在这样一种可能性：Fast Ethernet可能无法提供与高速网络中所使用的先进服务质量相关的功能。因为当前的数据网络需要为各种流量类型提供优先处理服务。基于互联网协议的语音传输技术以及视频会议功能。
• 安全功能：后续的以太网标准增加了一些新的、可能非常有用的安全功能。不过，这些功能在Fast Ethernet标准中可能并不被支持。

结论

总的来说，采用100 Mbps数据传输速率的Fast Ethernet技术，相比传统的Ethernet技术来说，确实有了巨大的进步。这种技术非常适合那些需要经济实惠解决方案的网络应用。通常，Fast Ethernet技术被广泛应用于各种网络应用中。局域网中小企业、学校以及其他类似机构。不过，即便在这些情况下，它也并非完美无缺；它的局限性包括可扩展性方面的问题以及速度上的限制。对于大多数现代、高端的环境来说，千兆以太网或更高速度的协议更为合适。不过，可以看出，快速以太网在现代网络应用中仍然具有很大的价值和实用性，适用于多种场景。