1. 以太网结构和现实的物理实现

1.1 物理器件

适配器(Adapter):

即网卡,计算机与外界局域网的链接即通过适配器。在适配器上装有处理器和存储器(包括RAM和ROM)。适配器和局域网之间的通讯是通过电缆或者双绞线以串行传输方式进行，而适配器与计算机之间的通讯则是通过计算机主机板上的I/O总线以并行传输方式进行。因此，适配器的一个重要功能是进行数据串行传输和并行传输的转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在适配器中ixu装有对数据进行缓冲的存储芯片。若在主板上插入适配器时，还必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后会告诉适配器，应当从存储器的什么位置上把多长的数据块发送到局域网，或者应当在存储器的什么位置上把局域网传递过来的数据块存储下来。适配器还要能够实现以太网协议(数据链路层/物理层)。

适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU。这时CPU可以处理其他任务。当适配器收到有差错的帧时，就把这个真丢弃而不必通知计算机。当适配器收到正确的帧时，它就使用中断来通知计算机并交付给协议栈中的网络层。当计算机要发送IP数据报是，就由协议栈把IP数据报向下交给适配器，组装成帧后发送给局域网。计算机的硬件地址(MAC地址)，存储在适配器的ROM中，而计算机的软件地址(IP地址)，存储在计算机的存储器中。

适配器存在过滤功能。即适配器从网络上没收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的目标地址。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。这样做就不浪费主机的处理机和内存资源。这里"发往本站的帧"包括以下三种帧：

1. 单播帧,即收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。

2. 广播帧,即发送给本局域网上所有站点的帧(全1地址)

3. 多播帧,即发送给本局域网上一部分站点的帧。

所有的适配器都至少应当能够识别前两种帧，即能够识别单播和广播地址。有的适配器可用编程方法识别多播地址。当操作系统启动时，它就把适配器初始化，使适配器能够识别某些多播地址。

以太网适配器还可以设置为一个特殊的工作方式，即混杂方式。工作在混杂方式的适配器只要"听到"有帧在以太网上传输就悄悄的接受下来，而不管这些帧发往哪些站。

集线器(hub)：

集线器工作在物理层，它的每一个接口仅仅简单的转发比特，不进行碰撞检测。使用集线器的以太网在逻辑上仍然是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用CSMA/CD协议。网络中的各站，即连接上集线器的适配器则必须竞争对传输媒体的控制，并且在统一时刻之多只允许一个站发送数据。一个集线器有很多接口，采用RJ-45插口，使用两对双绞线和工作站上的适配器相连。

集线器上的所有端口争用一个共享信道的带宽，因此随着网络节点数量的增加，数据传输量的增大，每节点的可用带宽将随之减少。集线器采用广播的形式传输数据，即向所有端口传送数据。集线器是一种共享设备，本身不能识别目的地址，当同一网内的A主机向B主机发送数据时，数据包在以HUB为架构的网络上以广播方式传输，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯。此方式共享带宽。

使用多个集线器组成一个更大的局域网时，如下图(集线器连接)：有两点需要注意：

1. 使用主干集线器把三个单独的局域网连接起之后，三个碰撞域变成了一个碰撞域，吞吐量并未提高。

2. 不同的局域网如果使用不同的以太网技术(如数据率不同)，那么不可能用集线器将它们连接起来。如一个局域网使用10Mb/s的适配器，另外两个系使用10/100Mb/s的适配器，那么用集线器连接起来后，大家都只能工作在10Mb/s的速率。集线器基本上是个多口的转发器，没有帧缓冲功能。

在日常生活中，集线器已经过时，基本看不见。

网桥(bridge):

网桥的作用是连接两个网段，进行以太网帧的转发，但是它的转发机制不是广播，和交换机类似，内部有一个MAC地址表来进行有选择的转发。不同的是，bridge是不区分入口和出口的。网桥工作在数据链路层。

在日常生活中，网桥也已经过时，基本看不见。

交换机(Switch):

交换机是集线器的升级换代产品，可以看作是一种智能型的集线器，它除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换、处理的功能。并且在传递过程中，只有发送源与接受源独立工作，其间不与其它端口发生关系，从而达到防止数据丢失和提高吞吐量的目的。交换机基于MAC地址识别，能完成封装转发数据功能的设备。交换机可以学习MAC地址，放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和接收者之间建立临时的交换路径，使数据从源地址到达目的地址。也就是说减小了消息的碰撞。交换机可以认为是个多接口的网桥。交换机也工作在数据链路层，是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。

路由器(Route)：

路由器工作在IP层，利用不同网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发的地址。同交换机相比较，传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域。由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。此外路由器提供了防火墙的服务。

网关：

在网络层以上使用的中间设备。用网关连接两个不兼容的系统需要在网络层以上(不包括网络层)进行协议的转换。

网线：

即普通的上网用的双绞线。双绞线的有效距离不超过100M，即每个站到集线器的距离不超过100M。

主机、工作站、站点、站：

指局域网中的计算机。

光纤调制解调器(即光端机):

光纤调制解调器的作用就是进行电信号和光信号之间的转换。由于光纤带来的时延很小，并且带宽很高，因此使用这种方法可以很容易的使主机和几公里外的集线器相连接。