工业以太网在列车通信网络中的应用设计(4)
1.3 本文研究的内容
本文对国内外列车通信网络的发展情况进行了深入研究，对比分析了每个方案的各自特点，并最终采用了时下最为受关注的工业以太网作为该课题的实现方案，设计出一个基于工业以太网的视频监控网络拓扑结构，并在OPNET软件中进行仿真。本文所建立的网络模型可以总线上传递高码率数据，通过搜集仿真结果数据中的以太网延时，服务器负载率，链路占用率等参数来分析模型的可行性与网络性能。
2 以太网协议
2.1 以太网简介
2.1.1历史
以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年，当年鲍勃.梅特卡夫（Bob Metcalfe）给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为以太网是之后几年才出现的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇名为《以太网：区域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。
1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐（Xerox），成立了3Com公司。3Com对DEC、英特尔和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台。当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中，3Com也成了一个国际化的大公司。
梅特卡夫曾经开玩笑说，Jerry Saltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3Com才有机会从销售以太网网卡大赚。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研究，只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话，但这说明了这样一个技术观点：通常情况下，网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同，而正是因为以太网简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾经在麻省理工学院MAC项目（Project MAC）的同一层楼里工作，当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文，在此期间奠定了以太网技术的理论基础。
2.1.2 概述
以太网基于网络上无线电系统多个节点发送信息的想法实现，每个节点必须取得电缆或者信道的才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。（这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。）每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有系统能互相鉴别。
2.2 以太网特点
2.2.1 CSMA/CD协议
带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网要简单。当某台电脑要发送信息时，必须遵守以下规则：
1.开始 - 如果线路空闲，则启动传输，否则转到第4步；
2.发送 - 如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小报文时间（保证所有其他转发器和终端检测到冲突），再转到第4步；
3.成功传输 - 向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式；
4.线路忙 - 等待，直到线路空闲；
5.线路进入空闲状态 - 等待一个随机的时间，转到第1步，除非超过最大尝试次数；
6.超过最大尝试传输次数 - 向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。
就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的媒介（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将采用退避指数增长时间的方法（退避的时间通过截断二进制指数退避算法（truncated binary exponential backoff）来实现）。