计算机三级网络技术 第5章 局域网技术基础及应用

5.1 基础环节
5.2 实训环节
5.1.1 局域网组网基础知识
5.1.2 综合布线基本概念
5.2.1 实训环节 1 ：局域网互联设备
5.2.2 实训环节 2 ：以太网组网
5.2.3 实训环节 3 ：综合布线系统网络结构设计
5.2.4 实训环节 4 ：综合布线系统子系统设计

局域网组网基础知识
为了共享软、硬件资源和相互之间传送的数据以及文件，出现近距离高速通信的要求，这种要求推动了计算机局域网的产生。局域网是一种分布在相对较小的距离范围内，连接各种设备并为这些设备间的信息交换提供途径的计算机网络。局域网的主要特征如下。
●覆盖范围较小，通常为一座建筑或一个建筑群。
●通常由某个组织单独拥有。
●内部的数据传输速率比广域网高很多。

1. 局域网标准
IEEE 于 1980 年成立了局域网委员会，专门从事局域网标准化工作，并制定了 IEEE 802 标准。目前在使用的标准主要有 802.1 、 802.3 、 802.11 以及 802.16 等。 IEEE 802 标准包含局域网参考模型以及该标准与 OSI 参考模型（ OSI/RM ）的关系（见图 5-1 ），其局域网参考模型只对应 OSI 参考模型的物理层和数据链路层，并将数据链路层分为介质访问控制（ Media Access Control,MAC ）子层和逻辑链路控制 (Logical Link Control ,LLC) 子层。 IEEE 802.3 标准的制定标志着局域网发展开始进入标准化进程，局域网的标准化又极大地促进了局域网的应用与发展。

2. 交换式局域网
虽然快速局域网技术能够提供较高的带宽，但其共享传输介质和共享带宽的特点，使网络效率随着网络规模的扩大而降低。于是从 1993 年开始 ,在开发快速以太网的同时，研究人员开始研究交换式网络技术，并先后推出了交换以太网、交换令牌环和交换 FDDI 技术。交换式以太网中交换机的每个端口处于独立的冲突域中，端口下连接的终端主机独占端口的带宽，其转发技术有快捷交换方式和存储转发交换方式两种。交换式网络技术使局域网的发展进入了一个崭新的阶段，给局域网带来了新的生命。
3. 虚拟局域网技术
虽然普通的二层交换机能隔离冲突域，提高每一个端口的性能，但它并不能隔离广播域（所谓的广播域是指一组设备的集合，在这个集合内任一设备发出的广播帧都能被这个集合内所有设备接收），因此，如果只用交换机来构造一个大型计算机网络，将会形成一个巨大的广播域，导致网络的性能降低以至于无法工作，使网络的管理者束手无策，这样的网络是不可想象的。一般来说，广播域越小越好，一般不应超过 200 个站点。那么， 如何在一个交换网络中划分广播域呢？研究人员提出了虚拟局域网的概念，即通过对网络进行划分，使各网段中用户分属于不同的部分，每一个部分形成一个虚拟的局域网络，并共享一个单独的广播域，这样就可以把一个大型交换网络划分为许多个独立的广播域，即 VLAN(Virtual LAN) 。 IEEE 1999 年公布了关于虚拟局域网的 802.1Q 标准。
虚拟局域网（ VLAN ）建立在交换技术的基本上。如果将局域网中的节点按工作性质与需要划分为若干个“ 逻辑工作组 ” ，则一个逻辑工作组就是一个虚拟局域网。 VLAN 的实现原理非常简单，通过交换机的控制，与某一 VLAN 内的成员发出的数据包经过交换机时，该交换机只发给同一 VLAN 的其他成员，而不会发给该 VLAN 成员以外的计算机。简言之，一个 VLAN 就是一个广播域。 VLAN 的优点主要有：①广播域被限制在一个 VLAN 内， 节省了带宽，提高了网络处理能力；② VLAN 间不能直接通信，即一个 VLAN 内的用户不能和其他 VLAN 内的用户直接通信，而需要通过路由器或三层交换机等设备，增强了局域网的安全性；③用 VLAN 可以将不同的用户划分到不同的工作组中，而且同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围内，从而使网络构建和维护更方便灵活。

虚拟局域网的划分方法有以下几类。
（ 1 ）基于交换机端口划分。
这种划分是将交换机的端口划分成不同的 VLAN, 各 VLAN 子网相对独立，而且可以把多个交换机上的几个端口划分成一个逻辑子网。这种方法是最常用、最简单的划分方法。
（ 2 ）基于 MAC 地址划分。
MAC 地址就是连接到网络中的每个网络设备的网卡的物理地址，全世界每块网卡的 MAC 地址都固化在网卡上且唯一。此种划分方法即是将不同的 MAC 地址进行划分，把符合要求的一个或多个 MAC 地址划分在一个逻辑子网中。
（ 3 ）基于网络层地址划分。
这种划分方法是根据每个主机的网络层地址进行划分，即将符合要求的网络层地址划分在一个逻辑子网中。
(4) 基于 IP 广播组的划分。
即一个 IP 广播组就是一个 VLAN ，这种划分的方法将 VLAN 扩大到了广域网。

综合布线基本概念
综合布线系统（ Premises Distributed System ， PDS ）是建筑物内或建筑物间的一种结构化、高灵活性的信息传输通道，其对象是建筑物或建筑物之间的传输网络，旨在使语音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统彼此相连，并使这些设备与外部通信网络连接。综合布线系统主要由传输介质、线路管理部件、 连接器、插座、插头、适配器、传输电子线路、电气保护设施等众多部件组成。这些部件可用于构造成综合布线的各种子系统，从而使得综合布线系统不仅易于实施，而且能随需求的变化平滑扩展。

2. 综合布线的优点
相比于传统的布线系统，综合布线的优点如下。
(1) 兼容性。
兼容性是综合布线的首要特点，是指它可以适用于多种应用系统，且自身是完全独立的，与应用系统相对无关。
与传统布线相比，综合布线对语音、数据以及监控系统的信号线统一规划设计，把这些不同的信号通过相同的传输媒体、交连设备、设配器综合到一套标准的布线中，这样不仅使布线大为简化，而且可节约大量费用、时间、空间。
用户不需提前定义信息插座的具体用途，使用时只要把某种终端设备插入信息插座，然后在管理间和设备间的交连设备上做相应的接线操作，便可将这个终端设备接入各自的系统中。

(2) 灵活性。
传统综合布线采用固定、封闭式体系结构，因而增加或迁移设备极为困难。综合布线则采用模块化设计，使用标准连接部件和传输线缆，因此所有通道都是通用的。每条通道都支持以太网工作站、令牌网工作站及各类终端。所有的设备不需要改变布线结构，只要通过在配线架上进行必要的跳线管理以及增减相应的应用设备便可实现设备开通。而且，综合布线组网方式的灵活性很强，甚至在一个物理空间上就能实现以太网工作站、令牌网工作站及多种用户终端共存，便于用户组织信息流。

(3) 经济性。
综合布线对各种网络线缆统一规划、统一安装施工，减少了不必要的重复布线、重复施工，节约了线材，使整个系统构成一个有机的整体，便于集中管理维护，并减少日后的维护费用。

(4) 开放性。
传统布线方式和传输媒体与用户选定的设备密切相关，若要更换设备，则原有的布线也要全部更换，从而将增加投资。而综合布线使用开放式系统结构，符合国际上流行的标准，支持 ISO/IEC 88023 、 ISO/IEC 88025 在内的所有通信协议，可以将不同厂家的不同传输介质和不同设备集成在一个系统内。
(5) 先进性。
综合布线通过采用光纤和双绞线混合布线方式构成一套完整的布线。所有布线链路均按八芯双绞线配置，并采用最新通信标准。语音干线部分采用铜缆，数据部分采用光缆，为同时传输多路多媒体信息提供足够的带宽容量。 5 类双绞线带宽可达 100MHz ， 6 类双绞线带宽可达 200MHz ，特殊用户可采用光纤到桌面（ Fiber To The Desk ， FTTD ）方案。
(6) 可靠性。
传统综合布线方式在一个建筑物中往往要有多种布线方案，以解决各个应用系统互不兼容问题。因此建筑系统的可靠性要由所选用的布线可靠性来保证，若各应用系统布线实施不当，则会造成交叉干扰。
综合布线采用高品质的材料和组合压接的方式构成一套高标准的信息传输通道。所有线槽和相关连接件均通过 ISO 认证，每条信息通道都采用专用测试仪校核线路各种电气性能，以保证质量。建筑物综合布线系统全部采用星型物理拓扑结构，点到点的连接，任何一条线路故障都不影响其他线路的运行，同时也为线路维护和故障抢修提供极大的方便，从而保证了系统的可靠运行。
3. 综合布线的设计等级
对于建筑物的综合布线系统，一般定为以下 3 种不同的布线系统等级。
（ 1 ）基本型综合布线系统。
基本型综合布线系统方案是一个经济有效的布线方案。它支持语音或综合型语音 /数据产品，并能够全面过渡到数据的异步传输或综合型布线系统。 它的基本配置：每一个工作区有一个信息插座；每个工作区的配线电缆为一条 4 对双绞线电缆；采用夹接式交接硬件；每个工作区的干线电缆至少有 1 对双绞线。它的特性：能够支持所有语音和数据传输应用；便于维护人员维护、管理；能够支持众多厂家的产品设备和特殊信息的传输。
（ 2 ）增强型综合布线系统。
增强型综合布线系统不仅支持语音和数据的应用，还支持图像、影像、影视、视频会议等。它的基本配置 :每个工作区至少有 2 个信息插座；每个工作区的配线电缆为 2 条 4 对双绞线电缆；采用夹接式或插接交接硬件；每个工作区的电缆至少有 2 对双绞线。 它的特点 :每个工作区有两个信息插座，灵活方便、功能齐全 ;任何一个插座都可以提供语音和高速数据传输；
便于管理与维护。
（ 3 ）综合型布线系统。
综合型布线系统是将双绞线和光缆纳入建筑物的布线系统。它的基本配置：在建筑群的干线或水平布线子系统中配置 62.5μm 的光缆；在每个工作区的电缆内配有 4 对双绞线；每个工作区的干线电缆中应有 2 对以上的双绞线。
它的特点 :引入光缆，适用于规模较大的智能大厦，其余特点与基本型或增强型相同。
局域网互联设备
1. 中继器
由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。为此在最初的局域网标准中严格限制了线缆段的最长距离和最多站点数。如在 10BASE-2 协议中规定细缆以太网（传输介质为细同轴电缆）站点间最长距离为 200m ，每段节点数最大为 30 ； 10BASE-5 协议中规定粗缆以太网站点间最长距离为 500m ，每段节点数最大为 100 （理论上，其可接入站点数为 1024 ，但由于最长缆段限制， 同时又有规定每个站点间距离不低于 5m ，故最大站点数只能是 100 ）。以 10BASE-2 网络为例，如果在实际应用 中用户单个缆段的长度需求超过 200m ，或是接入的站点数超过 30 ，则难以实现。

中继器（ Repeater ）就是为解决上述问题而设计的，它是一种最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能。一般来说，中继器连接的几个缆段仍属于一个局域网，而不是子网。 中继器可以连接局域网多个缆段的电缆，重新定时并再生电缆上的数字信号，然后发送出去，这些功能是 OSI 模型中第一层 —— 物理层的典型功能。其作用是可以增加局域网的覆盖区域，例如， 10BASE-5 以太网标准规定单段信号传输电缆的最大长度为 500m ，但利用中继器连接 4段电缆后，以太网中信号传输电缆最长可达 2000m 。
中继器的特点如下。
●它只能对传输介质上的信号进行接收、放大、整形和转发。
●它的作用只是增加传输距离，不会改变帧的结构和内容。
●它所连接的几个网络段仍属于这个局域网，只要该局域网中任一节点发送了数据， 其他节点都可以接收到这个数据，它们共享 1 个冲突域。因此，中继器不属于网络互联设备。
一般情况下，中继器两端连接的是相同媒体，但某些中继器也可以完成不同媒体的转接工作，多用在物理层上的局域网的互联中，属于物理层设备。按照中继器连接线缆的类型不同可分为粗同轴电缆 -细同轴电缆、粗同轴电缆 -粗同轴电缆、粗同轴电缆 -光缆等种类。
从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长，事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。如著名的“ 5-4-3” 规则，此规则说的是可以使用 4 个中继器以端到端的方式连接 5 个网段，但是只有其中的 3 个网段可以连接主机 (计算机 )。
2. 集线器
局域网协议 10 BASE-T 诞生后，由于采用价格较粗同轴电缆和细同轴电缆更为廉价的非屏蔽双绞线（ Unshield Twisted Pair,UTP ）和 RJ-45 接口，并且实施更为方便，便很快得到广泛应用。同时，它也推动了集线器（ Hub ）的发展。集线器是局域网中使用的连接设备，它具有多个端口 ,可连接多台计算机。在局域网中常以集线器为中心 ,将所有分散的工作站与服务器连接在一起，形成星型结构的局域网系统（见图 5-5 ）。集线器的优点是除了它能够互联多个终端以外，还有在星型结构中，当其中一个节点的线路发生故障时，不会影响其他节点。
集线器分为有源集线器 (Active Hub) 和无源集线器（ Passive Hub) 。有源集线器能够从电源那里获取再生信号的能量。无源集线器仅能为若干个用户将一个信号进行分离，它不会再生信号，因此它不会扩展电缆的长度，只是允许两台或更多台主机与同一个电缆网段进行连接，且会对信号造成衰减。
集线器的主要特点有如下。
（ 1 ）集线器工作在物理层。所有节点通过双绞线连接到一个集线器上时，它们仍然执行 CSMA/CD 介质访问控制方法，从一个节点发送数据所有节点都能接受，因此连接在一个集线器上的所有节点共享一个冲突域。
（ 2 ）一个集线器有多个端口，如 4 个、 8 个、 16 个甚至更多，每个端口通过 RJ-45 插头（与电话机使用的插头 RJ-11 相似，但略大一些）用两对双绞线与一个工作站上的适配器相连 (这种插座可连接 4 对双绞线，实际上只用 2 对，即发送和接收各使用一对双绞线 )。因此，一个集线器很像一个多接口的转发器。
3. 网桥（ Bridge ）
（ 1 ）网桥的定义。
网桥是连接两个局域网的设备，工作在数据链路层，准确地说，它工作在 MAC 子层上，并且它可以完成具有相同或相似体系结构的网络系统的连接。一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路控制（ Logical Link Control,LLC ）规程，但媒体访问控制协议可以不同。网桥是为各种局域网存储转发数据而设计的，它可以将不同的局域网连在一起，组成一个扩展的局域网。
（ 2 ）网桥的应用需求。
随着局域网应用的发展，局域网之间的互联需求也日益突出，主要有以下几种情况。
① 由于缺乏统一规划或部门工作性质等原因，一个单位内部的各个部门都单独建立了连接部门内部个人计算机、工作站以及服务器的局域网。但各部门之间又需要交换信息、共享资源，因此又需要对多个局域网进行互联。
②有些在地理位置上较分散、相距较远的单位，从节约费用考虑，需要将各个分散地点上的计算机组建成一 个局域网。
③有时候因调节载荷的需要，要将一个逻辑上单一的大型局域网分成多个小型局域网。例如采用由网桥连接的多局域网方案，每个局域网有一组工作站，并且有自己的文件服务器，因此大部分通信仅限于单个局域网内，减轻了主干网的负担。
④因单个局域网覆盖范围有限，如果联网计算机之间的距离超过单个局域网的最大覆盖范围，则有时需要将联网计算机分成几个局域网来组建，再将这些局域网互联起来构成一个大的网络。
⑤因工作性质不同，同一个单位的不同部门对信息系统的通信量、通信要求及安全性要求存在一定差异，为了构成一个安全的系统，可以将安全和保密要求较高部门的计算机连接在物理上相对独立的局域网中，再将这个局域网与其他局域网互联起来。

（ 3 ）工作原理。
网桥的工作原理较为简单 ,一般在一个计算机中插入两种连接不同类型局域网的网卡，如一块以太网卡与一块令牌环网卡，并分别安装对应网卡的驱动程序，完成后此计算机就成为一台用于连接以太网与令牌环网的网桥。
因为不同类型局域网的帧结构、介质访问控制方法与传输速率都不同。因此，用作网桥的计算机上的网卡能独立完成各自的帧发送与接收功能，而网桥软件可以完成接收、转发与地址过滤的功能。网卡与网桥软件在一个 CPU 的控制下完成网桥的基本功能，这样网桥就实现不同的帧结构、介质访问控制方法与速率的网络的互联。目前，用于异型局域网互联的网桥已不重要 ,因为局域网主流技术基本都采用以太网标准。网桥还承担着重要的维护工作， 即构建和维护 MAC 地址表。 MAC 地址表中记录了不同节点的物理地址与网桥转发端口的关系。网桥正是依靠MAC 地址表来确定帧是否需要转发，以及向何处转发。
（ 4 ）主要特征。
网桥是在数据链路层实现网络互联的设备，其主要特征如下。
①网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。
②网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联的网络之间的通信。
（ 5 ）网桥分类。
①按照网桥的连接线路不同，分为普通局域网网桥、远程网桥和无线网桥。
②按照端口数不同，分为双端口网桥和多端口网桥。
③按照帧转发策略不同，分为透明网桥和源路由网桥。
透明网桥和源路由网桥的标准分别由 IEEE 802.1 与 IEEE 802.5 两个分委员会制定。其中透明网桥的标准为IEEE 802.1d 。简单地讲，使用这种网桥，不需要改动硬件和软件，无须设置地址开关，无须装入路由表或参数。 只需插入电缆就可以，现有 LAN 的运行完全不受网桥的任何影响。
透明网桥的特点主要有：一般用于两个 MAC 层协议相同的网段之间的互联，如两个令牌环网或两个以太网； 每个网桥自己进行路由选择，网络上的站点不参与路由选择，网桥对于互联局域网中的各节点是 “ 透明 ” 的；易于安装、即插即用。
应用最为广泛的便是透明网桥。其 MAC 地址表需记录站地址、端口与时间 3 类信息。透明网桥刚刚连接到局域网时，其 MAC 地址表为空，当其接收到一个帧时， MAC 地址表将记录接收帧的源 MAC 地址、帧进入该网桥的端口号与帧进入该网桥的时间，然后将该帧向所有其他端口转发。网桥在转发过程中逐渐建立起 MAC 地址表，并记录每个帧到达网桥的时间，以便在 MAC 地址表中保留网络拓扑的最新状态信息。网桥中的端口管理软件会周期性地扫描 MAC 地址表 ,发现有超时的地址（例如几分钟以前登记的）就进行删除，从而确保 MAC 地址表能反映当
前网络拓扑的情况。
（ 6 ）生成树。
在实际的网络应用中，经常会出现环路情况（见图 5-6 ）。环路的出现，可能会导致一个帧在网络中被循环转发的现象，从而增加网络负荷，降低系统性能。透明网桥采用生成树（ Spanning tree ）算法，来防止这一现象发生。只要互联的网络中网桥之间交换足够的信息，通过该算法就可以自动生成一棵生成树。这个算法必须是动态的 ,也就是说，当拓扑结构改变时 ,网桥应该能够发现它的改变，并自动生成一棵新的生成树。
生成树算法为每个桥分配一个唯一的标识，而且这个标识由桥的 MAC 地址和一个优先级组成。每个网桥的端口都分配一个该网桥中的唯一标识，称之为 “ 端口标识 ” 。为建造生成树 ,首先必须选出一个网桥作为生成树的根。实现方法是每个网桥都广播它的标识 ,标识最低的网桥被选为生成树的根，接着按根网桥到每个网桥的最短路径来构造生成树。生成树算法中需用到以下概念。
●路径花费：每个网桥的每个端口都有一个路径花费，它是通过该端口在一个 LAN 上传输帧的花费。两个站点间的路径将会通过零个或多个网桥。在每个网桥都加上传输的花费，从而对于每个特定路径有一个总的花费。
●根端口：每个网桥都有一条到根网桥的具有最少花费的路径，该路径上面第一个跳段所使用的端口就是根端口。如果有两个端口有同样的花费，则选择更低端口号的那个端口，以保证建立一棵唯一的生成树。
●根路径花费：对于每个网桥，到根桥的具有最少花费的路径 (该路径由网桥的根端口开始 )花费就是网桥的根路径花费。
●指定网桥 ,指定端口：在每个 LAN 中都有一个网桥被选为指定网桥。这个网桥是在该 LAN 中到根网桥最少路径花费的网桥。只有这个指定网桥允许把帧发给那个 LAN, 或把来自那个 LAN 的帧转发出去。指定网桥的那个用于把网桥连接到该 LAN 上的端口称为指定端口。每个网段只有一个指定端口，其他端口均处于阻塞状态，也叫阻塞端口。对于所有根网桥连接的 LAN 来说，根网桥就是指定网桥。互联网络中所有到达 LAN 或从 LAN 出发的通信都要经过指定端口。
为了构建一棵生成树 ,首先要决定根网桥，然后决定所有其他网桥的根端口，最后决定每个 LAN 的指定端口。 每个 LAN 的指定端口是具有最少根路径花费的端口。如果有两个或多个桥具有同样的根路径花费，则具有最高优先级的网桥指定为指定网桥。如果指定网桥有两个或多个端口连在这个 LAN 上，具有最低端口标识的端口就被指定。 另外，帧转发速率低与广播风暴是网桥存在的两个主要问题；帧转发速率和帧过滤速率是评价网桥性能的主要参数。
4. 交换机
交换机是一种基于 MAC 地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机对第一次未成功发送到目的地址的数据包会再次对所有节点同时发送，企图找到这个目的 MAC 地址，找到后即会把其加入自己的 MAC 地址列表中，下次再发送到此节点时就不会出错。交换机的这种功能被称为 “ MAC 地址学习 ” 功能。
交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互联作用。交换机的主要功能包括物理编址、支持网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。目前交换机还具备一些新的功能，如对 VLAN （虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙功能。
交换机与网桥的主要区别：网桥的端口数量相对较少，一般不超过 24 个，交换机的硬件系统经过专门设计， 可以实现多个端口并发连接，支持多达 128 个端口；网桥通常在一台计算机上配置而成，内部结构一般只有一个CPU ，通过软件完成帧的接收、存储、地址过滤与转发等功能，其性能受结构限制，交换机一般使用为帧转发专
门设计的 ASIC 芯片，或采用多 CPU 并发工作的结构，因而交换机的帧过滤和转发速率要高于网桥；网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列 FCS 后，才开始转发该数据帧，交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。
（ 3 ）快速以太网的物理层标准。
100BASE-T 主要有以下几种传输介质标准。
● 100BASE-TX ：使用 2 对 5 类非屏蔽双绞线，一对用于数据发送，另一对用于接收；采用 4B/5B 编码方式，采用全双工方式工作；最大网段长度为 100m 。
● 100BASE-FX ：使用两条光纤，一条用于数据发送，另一对用于接收；数据传输采用 4B/5B-NRZI 编码方式； 采用全双工方式工作；最大网段长度为 415m 。
● 100BASE-T4 ：使用 4 对 3 类非屏蔽双绞线， 3 对用于传送数据，一对用于检测冲突信号；数据传输采用8B/6T 编码方式；采用半双工方式工作；最大网段长度为 100m 。 100BASE-T4 主要针对目前很多建筑物以及按结构化布线方法，采用质量较差的 3 类非屏蔽双绞线布线而设计，它将数据分在 3 对非屏蔽双绞线中传输，每条有效速率为 33.3Mbit/s 。
（ 4 ）工作模式。
快速以太网的工作模式有半双工和全双工两种，这一点与传统以太网区别很大。传统以太网的节点通过一个连接点与同轴电缆连接，或通过双绞线与交换机或集线器连接，节点可利用这条通道进行数据发送和接收，但只能以半双工方式工作，即接收数据时不能同时发送，发送数据时不能同时接收。
与半双工模式对应的是全双工模式，即同一时刻可以同时接收和发送数据帧。支持全双工的快速以太网拓扑结构一定为星型，在全双工模式下主机网卡通过两个通道，对应传输介质的两组通路（如两对双绞线或两根光纤），一组用于发送、一组用于接收数据。这样就形成了一种与传统以太网不同的点到点的连接方式。
我们知道传统以太网使用 CSMA/CD 方法解决共享介质访问冲突的问题，共享传输介质的长度受到冲突窗口大小的限制。而点到点连接的方式不存在介质访问冲突问题，因此不需要采用 CSMA/CD 方法。快速以太网由于采用了全双工模式和点到点连接的方式，其传输介质覆盖距离只受传输信号强弱限制，不受冲突窗口的大小限制。
另外，支持全双工的交换机可以实现不同速率间的交互和不同速率网卡的混插。
（ 5 ）自动协商。
快速以太网出现后，为了保护已有投资和数据共享的延续，必须与原有的 10BASE - T 标准的以太网兼容，因而设计了 10Mbit/s 与 100Mbit/s 自动协商的机制。自动协商模式下一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息发送至网络的对端，并接收对方发送的相应信息，再根据这些信息对连接速度和工作模式自动进行调整，使线路两端使用最快速度和工作模式。