3.6.3 高速以太网
10Mbit/s传输速率的以太网称为传统以太网。随着技术不断进步，要求传输速率越来越高，1993年100Mbit/s以太网产品已经问世。进入21世纪后，又陆续推出了千兆以太网（吉比特以太网）和万兆以太网（10吉比特以太网）。为了区分这些不同速率的以太网，把100Mbit/s的以太网称为快速以太网，超过100Mbit/s的以太网统称为高速以太网。
1.100Mbit/s快速以太网（Fast Ethernet）
100Base-T是在双绞线上传送100Mbit/s基带信号的星形拓扑以太网，仍使用IEEE 802.3和CSMA/CD协议。使用同样的CSMA/CD访问控制方法，与10Mbit/s传统以太网使用同样的线缆配置、同样的软件，只是将有关的时间参量加速10倍。生产厂商为用户提供了10Base-T平滑过渡到100Mbit/s的方案。表3-2是传统以太网与快速以太网的比较。
表3-2 传统以太网与快速以太网的比较
为提高以太网信道的利用率，这里引用了一个非常有用的参数a，它是总线单程传播延时τ与帧的发送延时T0之比：
式中 τ——总线单程的传播延时，单位为s；
C——数据传输速率，单位为bit/s；
L——数据帧最短长度，单位为bit。
参数a与信道利用率的最大值Smax的关系如下：
从式（3-3）和式（3-4）可以看出，数据帧L越短，则参数a就越大，信道利用率的最大值Smax就越小。图3-40是帧长度L与站数N对信道利用率最大值Smax的影响。
图3-40 数据帧长度L与站数N对Smax的影响
快速以太网的数据速率C比传统以太网的速率提高了10倍，为保持参数a不变，可以将最短数据帧L的长度增加到10倍，即640B，则发送短数据时的开销又太大了。或者将网络的单程传播延时τ减小到原有数值的1/10。
100Mbit/s快速以太网采用保持最短数据帧长度不变的方法，而将网段的最大电缆长度减小到100m，帧间的时间间隔从原来的9.6μs减少到0.96μs。
100Base-TX使用2对UTP或STP 5类或6类双绞线。其中一对用于发送，另一对用于接收。100Base-FX使用2对光纤的光缆，其中一对用于发送，另一对用于接收。信号编码采用NRZ1不归零编码方法。
100Base-T4是使用4对UTP 3类或5类双绞线，这是为已使用UTP 3类线的老用户设计的，信号编码采用8B6T-NRZ不归零编码方法。
快速以太网的传输媒体支持结构化布线，包括3类、4类、5类和6类无屏蔽双绞线（UTP）、150Ω屏蔽双绞线（STP）和光纤。各类传输媒体可通过中继器或交换机连接混用。表3-3是三种不同类型收发器支持的线缆。
表3-3 三种不同类型收发器支持的线缆
3类UTP在100Base-T4中使用时，数字信号的速率仅为25Mbit/s。为能提升到更高的传输速率，在100Base-T4中需用4对这种双绞线缆并联使用，这样就使原来只能用于100Base-T的无屏蔽双绞线也能在100Base-T4中使用。100Base-FX多模光纤的最大传输距离可达2km。其他各类双绞线缆的收发器都只支持100m距离。
10Mbit/s传统以太网升级到100Mbit/s快速以太网非常方便。用户只要更换一张网卡，再配上一台100Mbit/s集线器，不必改变网络的拓扑结构。所有在10Base-T上的应用软件和网络软件都可保持不变。100Base-T的网卡有很强的自适应性，能够自动识别到10Mbit/s和100Mbit/s。
2.千兆以太网
数据速率在1Gbit/s（1Gbit/s=1000Mbit/s）以下的以太网称为千兆以太网或吉比特以太网，仍然是一种共享传输媒体的局域网。千兆以太网遵守同样的以太网通信规程，即使用CSMA/CD访问控制方法，发送到网上的数据信号是广播式的，接收站根据目的地址接收信号。网络接口硬件能监听线路上是否存在信号，避免发生数据碰撞，在线路空闲时发送数据。
千兆以太网的传输媒体有铜线和光纤两种标准。1000Base-T使用4对超5类无屏蔽双绞线电缆，最大传输距离为100m。1000Base-SX（850nm波长）多模光纤可支持300m传输距离。1000Base-LX（1300nm波长）多模光纤可支持550m传输距离。单模光纤可支持大于2km传输距离。
千兆以太网工作在半双工方式时，必须采用CSMA/CD碰撞检测。由于它的数据率比快速以太网又提高了10倍，为使参数a保持为较小的数值，要把一个网段的最大电缆长度减小到10m，这个网络也就失去了实用价值。如果把最短数据帧的长度L提高10倍，即640B，则发送短数据时的开销又太大了。
千兆以太网采用了一种新的“载波延伸”（Carrier extension）的方法，使最短数据帧长度仍为64B（这样还可保持兼容性）和保持一个网段的最大长度仍为100m。
载波延伸法是将争用期时间增大到512B。凡发送的MAC帧的长度不足512B时，就用一些特殊的字符填充在帧的后面，使MAC帧的发送长度增大到512B，如图3-41所示。
图3-41 在短MAC帧后面加上载波延伸
接收端收到以太网的MAC帧后，把填充的特殊字符删除后再向高层交付。
为了便于发送很多短帧，千兆以太网还增加了一种称为分组突发（Packet Bursting）的功能。当需要发送很多短帧时，第一个短帧需采用上面所说的载波延伸方法进行填充，随后的一些短帧则可以一个接一个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成了一串分组突发，直到1500B为止，如图3-42所示。
图3-42 分组突发的数据帧
3.万兆以太网
万兆以太网又称10吉比特以太网，它的数据速率为10Gbit/s。著名的Moore（摩尔）定律告诉我们，集成电路芯片的集成度每18个月提高一倍，随之引起的PC处理能力也以同样的速度增长。由一个反映网络发展速度的Metcalfe（梅特卡夫）定律，表明网络性能提高的速度等于网上PC增加数量的二次方。
10吉比特以太网并非将吉比特以太网的速率简单地提高到10倍，这里有许多技术问题需解决。1999年3月，IEEE成立了高速研究组HSSG（High Speed Study Group），致力于10吉比特以太网的研究。2002年完成了10吉比特标准的制定。10吉比特以太网的主要特点如下：
（1）10吉比特以太网的数据帧格式与10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。它保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，便于用户升级使用。
（2）10吉比特以太网不再使用铜线，只使用光纤作为传输媒体，使用光收发器和单模光纤接口，也可以使用较便宜的多模光纤，但传输距离仅为65～300m。
（3）10吉比特以太网只允许工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议，使它的传输距离不再受到碰撞检测的限制。
（4）10吉比特以太网只有异步以太网接口，因此与SONET/SDH网连接时并不是全部都能兼容。
由于10吉比特以太网的出现，以太网的工作范围已从局域网（校园网、企业网）扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。端到端的以太网连接，使帧的格式全部都是以太网的格式，不需要再进行帧格式的转换，简化了操作和管理。
千兆以太网和万兆以太网的问世，使以太网的市场占有率进一步得到了提高，使ATM网在城域网和广域网中的地位受到更加严峻的挑战。