传输速率为10Mbit/s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（10Gbit以太网）。为了区分这些不同速率的以太网，我们把100Mbit/s及超过100Mbit/s以太网统称为高速以太网，同时又把100Mbit/s的以太网命名为快速以太网。

1.100Mbit/s快速以太网

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CS-MA/CD协议。所有的媒体（介质）访问控制MAC算法不变，只是将有关的时间参量加速10倍。

共享传输媒体的快速以太网（Fast ethernet）与10Mbit/s传统以太网使用同样的线缆配置、同样的软件，并由大量生产厂商支持，为用户提供了10Base-T平滑过渡到100Mbit/s性能的方案。表3-5是传统以太网与快速以太网的比较。

表3-5 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是总线单程的传播延时，单位为s；C是数据速率，单位为（bit/s）；L是数据帧长度，单位为bit。

参数a与信道利用率的最大值S_max的关系如下：

从式（3-6）和式（3-7）可以看出，数据帧长度L越短，则参数a就越大，信道利用率的最大值S_max就越小。图3-44是帧长度L与站数N对信道利用率最大值S_max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，可以将数据帧L的长度增加到10倍，或者将网络电缆的长度（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，而将一个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改少到0.96μs。

快速以太网的编码采用“3电平传输（MLT-3）”的编码方式。MLT-3是一种三元制编码，即用正、负和零三种电平传送信号，这样可使基带信号的主要能量集中在30MHz以内，减少对外辐射的影响，如图3-45所示。

100Base-TX使用两对UTP或STP5类或6类双绞线。其中一对用于发送，另一对用于接收。

100Base-FX使用两对光纤的光缆，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UTP3类或5类双绞线，这是为已使用UTP3类线老用户设计的，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3-6是三种不同类型收发器支持的线缆。

图3-44 数据帧长度L与站数N对S_max的影响

图3-45 MLT-3编码方法

注：1.如果数据是“1”，那么从当前电平转至下一级，例如，1111=+1，0，-1，0。

2.如果数据是“0”，则不改变电平。

3.100Base-FX使用NRZ1。

表3-6 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中需要4对这种双绞线缆并联使用。这样就解决了原来只能用于100Base-T的无屏蔽双绞线也能在100Base-T4中使用的问题。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。

快速以太网可根据用户需求组成不同性能的局域网，并且允许10Mbit/s和100Mbit/s两种不同速率的以太网混合使用。表3-7是4种类型的以太网集线器。

表3-7 4种类型的以太网集线器

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

千兆以太网的数据速率在1Gbit/s以下（1Gbit/s=1000Mbit/s），故又称吉比特以太网。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，因此仍然是一种共享传输媒体的局域网。千兆以太网发送到网上的信号是广播式的，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，在线路空闲时重发数据。可以半双工通信，也可设计成全双工通信。图3-46表明在不同速率下IEEE 802.3以太网的参考模型。

图3-46 不同速率的IEEE 802.3以太网参考模型

注：AUI=连接单元接口。

GMII=10⁹bit介质独立接口（选件）。

MDI=介质依赖接口。(www.daowen.com)

MII=介质独立接口（选件）。

PCS=物理编码子系统。

PHY=介质依赖PHY组。

PLS=物理层信令子系统。

PMA=物理介质连接子系统。

PMD=物理介质依赖子系统。

千兆以太网的传输媒体有铜线和光纤两种标准。1000Base-CX，CX表示铜线。使用两对短距离的屏蔽双绞线电缆，最大传输距离为25m。1000Base-T是使用4对超5类无屏蔽双绞线电缆，最大传输距离为100m。表3-8是四种传输媒体在三种以太网中的最大传输距离。

表3-8 四种传输媒体在三种以太网中的最大传输距离

注：ha：双半工，fd：双全工。

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。单模光纤可支持更远传输距离。

千兆以太网工作在半双工方式时，必须采用碰撞检测。由于它的数据速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，那么这个网络也就失去了实用价值。

如果把最短数据帧的长度提高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长度增大到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3-47所示。

图3-47 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3-48所示。

图3-48 分组突发的数据帧

千兆以太网工作为全双工方式时，不使用载波延伸和分组突发。千兆以太网交换机（交换集线器）可以直接与多个图形工作站相连，也可用作百兆以太网的主干网，与几个100Mbit/s（或1Gbit/s）以太网集线器相连，然后再与大型服务器相连在一起，如图3-49所示。

3.万兆以太网

万兆以太网又称10Gbit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定律，表明网络性能的增长速度等于网上PC数量的二次方，也就是说网络的带宽每年提高了3倍。

10Gbit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（High Speed Study Group，HSSG），致力于10Gbit以太网的研究。2002年完成了10Gbit以太网标准的制订。10Gbit以太网具有以下主要特点：

图3-49 千兆以太网的配置举例

（1）10Gbit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）10Gbit以太网不再使用铜线，只使用光纤作为传输媒体。使用长距离（超过40km）的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）10Gbit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）10Gbit以太网没有同步光纤网（Synchronous Optical Network Synchronous Digital Hierarchy，SONET/SDH）的同步接口，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10Gbit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。

以太网从10Mbit/s到10Gbit/s的发展，证明了以太网具有以下特点：

（1）可扩展性（从10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s到10Gbit/s）。

（2）灵活性（多种传输媒体、全双工/半双工和共享/交换）。

（3）易于安装。

（4）稳定性好。

（5）性能价格比高（比令牌环网、FDDI网等的性价比高）。

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地得到了提高。使ATM网在城域网和广域网中的地位受到更加严峻的挑战。

由于市场对高速、远距离网络的需求日益增长，所以拥有100Mbit/s的FDDI在20世纪90年代初期曾获得了较快发展，但是由于FDDI的芯片过于复杂而价格昂贵，自从快速以太网大量进入市场后，在100Mbit/s局域网领域中，FDDI已很少有人愿意使用了。