以太网介绍
以太网介绍分析 (一)
以太网介绍分析 (一)以太网介绍分析以太网 (Ethernet) 是广泛应用于局域网的一种计算机通信技术。
它是由Robert Metcalfe和他的研究团队于1970年代末在美国计算机科学实验室发明的。
与其他局域网技术相比，以太网更加廉价、易于部署和维护，因此被广泛使用。
一、以太网的工作原理以太网利用一种称为CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）的协议来管理网络中的数据传输。
这种协议要求每台计算机在发送数据包之前侦听网络上是否有其他计算机正在发送数据。
如果网络中没有数据包，则计算机可以发送数据包。
如果两个或多个计算机同时开始发送数据包，它们会发生碰撞，并自动停止发送，然后稍微等待一段时间再次发送。
这种反复检测和等待的过程称为CSMA/CD过程。
二、以太网的拓扑结构以太网的拓扑结构包括星型拓扑、总线型拓扑和环型拓扑。
其中，星型拓扑是最为常见的拓扑结构。
它的特点是所有节点都连接到交换机上，交换机起着调度和转发数据的作用。
总线型拓扑的特点是所有节点都连接到同一条总线上，数据包从一个节点传输到另一个节点。
环型拓扑的特点是各节点连接成一个环形，数据包从一个节点传输到相邻的节点，直到到达目的节点。
三、以太网的速率和传输距离以太网的传输速率通常为10Mbps、100 Mbps或1000Mbps。
在实际应用中，越高的传输速率意味着更大的带宽和更高的传输效率。
以太网的传输距离受网线材料和信号衰减等因素影响。
一般而言，100米是以太网正常的传输距离。
四、以太网的优缺点以太网被广泛应用于局域网的原因之一是其优良的性价比。
与其他局域网技术相比，它更加便宜。
此外，它的部署和维护也更加简单。
另一方面，以太网的主要缺点是其速度相对较慢。
与一些现代的局域网技术（如光纤网络）相比，它的速度远远不够快。
总之，以太网是一种被广泛应用于局域网中的计算机通信技术。
以太网
直通网线制作示例图
交叉网线制作示例图
百兆以太网标准
IEEE802.3u规定了快速以太网标准，也叫做百 兆以太网。IEEE802.3u在物理层使用 100BaseTX或100BaseFX标准。IEEE802.3中规 定物理层采用4B/5B编码，可以适应半双工或 全双工工作方式。工作在半双工状态下时，在 数据链路层同样采用CSMA/CD介质占用规则。 100M以太网在采用光纤连接时物理标准为 100BaseFX。工作方式和传输距离与10M以太 网相同。
Ethernet 组成
Ethernet 基本网络组成：
共享媒体和电缆：双绞线，同轴细缆，同轴 粗缆，光纤； 转发器或集线器； 网桥； 交换机。
Ethernet地址
为了标识以太网上的每台主机，需 要给每台主机上的网络适配器分配一个 唯一的通信地址，即Ethernet地址或称 为网卡的物理地址、MAC地址。
以太网帧的结构
以太网的帧前面都有一段前同步信号，作为帧 开始的标记，以及同步发送方和接收方的时钟。 前同步信号包括64位二进制码，前面62位是连 续的“1010……”间隔，最后两是“11”，称为 “开始标记”。前同步位没有意义，虽然它也 是帧的组成部分，但严格地说不属于帧的有效 字段。
以太网帧的结构
数据传输形式
a.单播unicast：数据包从源节点发送到目的节点， 用目的节点的地址为数据包编址，将数据包发 送到网络上，由网络将数据包最终传送到目的 节点。 b.多播multicast：由单一数据包组成，被复制后 发送到网络上某些特定的节点：源节点用多播 传输的地址为数据包编址，然后将其发送到网 络上，数据包在网络上得到复制并被传送到多 播地址指定的节点上去。 c.广播broadcast：由单一数据包组成，被复制后 发送到网络上所有节点。方式类似于多播。
以太网的标准
以太网的标准以太网是一种局域网技术，它定义了局域网中计算机之间的通信标准。
以太网的标准包括物理层和数据链路层的规范，它们决定了局域网中数据的传输方式和格式。
本文将介绍以太网的标准，包括其发展历程、技术特点和未来发展方向。
首先，以太网的标准始于上世纪70年代，最初的版本是由美国计算机制造商DEC、Intel和Xerox共同制定的。
它采用了载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）的技术，这种技术允许多台计算机共享同一条传输介质，从而实现了成本低廉的局域网解决方案。
随着以太网技术的不断发展，其传输速率也从最初的10Mbps提高到了100Mbps、1Gbps甚至更高的速率，以满足不断增长的网络带宽需求。
其次，以太网的标准在物理层和数据链路层上都有详细的规范。
在物理层上，以太网使用双绞线、光纤等传输介质，同时定义了各种物理接口和连接器的规范，以保证不同厂商生产的设备之间的互操作性。
在数据链路层上，以太网采用了帧格式来组织数据，包括目的地址、源地址、类型、数据和校验等字段，以确保数据的可靠传输和正确接收。
此外，以太网还定义了一系列的协议，如地址解析协议（ARP）、网际控制报文协议（ICMP）等，以支持局域网中计算机的通信和管理。
最后，以太网的标准在未来的发展中将继续演进。
随着物联网、云计算等新兴技术的快速发展，对网络带宽和可靠性的需求将会进一步增加，因此以太网标准将不断更新和完善。
例如，IEEE 802.3标准组织正在推动下一代以太网技术的发展，以提供更高速率、更低时延、更好的能源效率等特性，以满足未来网络的需求。
综上所述，以太网的标准是局域网技术的基石，它的发展历程、技术特点和未来发展方向都具有重要意义。
通过不断地研究和创新，以太网标准将继续推动局域网技术的发展，为人们提供更快速、更可靠的网络连接。
以太网介绍
3
第 三 章 以 太 网 介 绍
以太网概述
IEEE 802标准
IEEE 802标准是由IEEE（国际电气和电子工 程师学会）制订的局域网标准 IEEE 802委员会有10多个分委员会
第 三 章 以 太 网 介 绍
802.1A，概述、体系结构和网络互连，网络管理 802.1B，寻址、网络管理、网间互连及高层接口 802.2，逻辑链路控制LLC 802.3，CSMA/CD共享总线网，即Ethernet 802.5，令牌环网（Token-Ring） 802.11，无线局域网
第 三 章
以太网介绍
本章要点
以太网概述 以太网的物理层 以太网的数据链路层 帧格式 帧捕捉工具介绍
第 三 章 以 太 网 介 绍
2
以太网概述
以太网的诞生
1973年，施乐（Xerox）公司设计了第一个 局域网系统，被命名为Ethernet，带宽为 2.94Mbps 1982年，DEC、Intel和Xerox联合发表了 Ethernet Version 2规范，将带宽提高到了 10Mbps，并正式投入商业市场 1983年，IEEE通过了802.3 CSMA/CD规范
NAME表示局域网的名称
Ethernet，以太网 FastEthernet，快速以太网 GigaEhternet，千兆以太网
Y表示传输媒体
5指粗同轴电缆 2指细同轴电缆 T指双绞线 F指光纤
5
例如：IEEE 802.3 10BaseT Ethernet，不过 通常缩写为10BaseT
100BaseT2 3类以上双绞线
2对
100米
以太网工作原理
以太网工作原理以太网是一种常见的局域网技术，它使用了一种称为CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）的协议来控制数据传输。
在以太网中，数据被分割成帧，然后通过网络传输。
接下来，我们将详细介绍以太网的工作原理。
首先，以太网使用CSMA/CD协议来控制数据传输。
这意味着当一个设备想要发送数据时，它首先会监听网络，确保没有其他设备正在发送数据。
如果网络空闲，设备就会发送数据。
但是，如果多个设备同时发送数据，就会发生碰撞。
当检测到碰撞时，设备会随机等待一段时间，然后重新发送数据。
其次，以太网使用MAC地址来识别设备。
每个以太网设备都有一个唯一的MAC地址，它由48位二进制数组成。
当数据帧被发送到网络上时，它包含了目标设备的MAC地址，以太网设备会根据这个地址来决定是否接收数据。
此外，以太网使用了CSMA/CD协议来控制网络的拓扑结构。
在以太网中，常见的拓扑结构包括总线型、星型和树型。
总线型拓扑中，所有设备都连接到同一条总线上；星型拓扑中，所有设备都连接到一个中央设备上；树型拓扑则是将多个星型拓扑连接在一起。
最后，以太网使用了以太网交换机来提高网络性能。
交换机可以根据MAC地址来转发数据，而不是像集线器一样简单地将数据广播到整个网络上。
这样可以减少网络拥塞，提高数据传输效率。
总之，以太网是一种常见的局域网技术，它使用了CSMA/CD协议来控制数据传输，使用MAC地址来识别设备，使用不同的拓扑结构来搭建网络，同时利用以太网交换机来提高网络性能。
通过了解以太网的工作原理，我们可以更好地理解局域网的工作方式，从而更好地设计和管理网络。
以太网的三种以太网标准
以太网的三种以太网标准以太网是一种局域网技术，它使用双绞线或光纤作为传输介质，采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议来实现数据的传输。
在以太网的发展历程中，出现了多种不同的标准，其中最为常见的有以太网、快速以太网和千兆以太网。
本文将对这三种以太网标准进行介绍和比较。
首先，以太网是最早的以太网标准，它使用10Mbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
在以太网中，数据帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节。
以太网使用CSMA/CD协议来解决数据冲突问题，但随着网络规模的扩大，以太网的传输速率已经无法满足需求，因此出现了更高速的以太网标准。
其次，快速以太网是在以太网的基础上进行改进的，它使用100Mbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
快速以太网在数据帧的最小长度和最大长度上与以太网保持一致，但由于传输速率的提升，快速以太网能够更快地传输数据，适用于对传输速度要求较高的场景。
快速以太网的出现，使得局域网的传输速度得到了显著提升，大大改善了网络性能。
最后，千兆以太网是目前应用最为广泛的以太网标准，它使用1Gbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
千兆以太网在数据帧的最小长度和最大长度上与以太网和快速以太网保持一致，但由于传输速率的进一步提升，千兆以太网能够更快地传输大容量数据，适用于对传输带宽要求较高的场景。
千兆以太网的出现，进一步提升了局域网的传输速度和带宽，满足了现代网络应用对高速数据传输的需求。
综上所述，以太网的发展经历了以太网、快速以太网和千兆以太网三种不同的标准，它们分别采用了不同的传输速率和技术，适用于不同的网络场景。
随着网络应用的不断发展，以太网标准也在不断演进，未来可能会出现更高速的以太网标准，以满足日益增长的网络传输需求。
在选择以太网标准时，需要根据实际需求和网络环境来进行合理的选择，以实现最佳的网络性能和传输效果。
以太网简介与RFC2544测试
以太网简介以太网是一个异步的，基于帧结构的通讯协议。
它最初的出发点是利用共享介质为两个以上的数据终端提供一种通讯方式。
以太网的标准由IEEE 802。
3 (2000)制订。
现有的以太网标准定义了不同的带宽和传输介质类型。
一个以太网物理接口由以下的形式定义:<数据率单位: Mbps>。
<介质类型>。
<最长的电缆段长度单位: 100米>例如，标准中定义的一个10MBPS，电缆段最长距离为500米的基带系统被称为:10BASE5。
如果介质类型为”T”，则代表介质为非屏蔽双绞线。
不同接口的以太网具有相同的帧结构和媒体控制/访问方式(MAC)，如果是共享介质，则具有相同的冲突检测方法(CSMA/CD)。
以下是最常见的几种以太网接口类型:· 10BASE-T: 10Mbps带宽，基带，使用3，4或5类双绞线· 100BASE-TX: 100Mbps带宽，基带，使用5类双绞线· 1000BASE-SX: 1000Mbps带宽，基带，使用850nm多模光纤· 1000BASE-LX: 1000Mbps带宽，基带，使用1300nm多模或单模光纤图一显示了以太网帧的基本结构:各部分的功能描述如下:·前导码(Preamble+SFD):8字节前导码由七个”10101010”字节和一个”11010101”字节的SFD(帧开始标识)组成。
接收方根据这几个字节可以判断出一个帧的开始。
·目的地址(Destination Address): 6 字节MAC目的地址，通常用十六进指(HEX)表示。
目的地址被用于在设备之间判断以太网帧的传递方向和路由。
每一个以太网设备通常被分配一个唯一的MAC地址。
而有些特殊的MAC 地址被保留，用于表示一些特殊的功能，例如，全1的地址(FF:FF:FF:FF:FF:FF)用于表示广播地址。
·源地址: 6字节源地址是指发送方的MAC地址。
1以太网介绍及工作原理
以太网的解释以太网(EtherNet)以太网最早由Xerox（施乐）公司创建，在1980年，DEC、lntel和Xerox三家公司联合开发成为一个标准，以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太网，采用的是CSMA/CD访问控制法，它们都符合IEEE802.3IEEE 802.3标准它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。
以太网是当前应用最普遍的局域网技术。
它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。
历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后，目前千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。
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，当年罗伯特.梅特卡夫(Robert 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：局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，成立了3Com公司。
3com 对迪吉多, 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。
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特征
• 用户的包头基本不变 • 分层的网络允许不同的运营商建立不 同的域 • 用户的地址仍然保留，任何的修改对 于运营商都是可见的 • 运营商可以创建4096个用户VLAN， 对于大运营商仍然是不够的
• 基于策略的VLAN（Policy-Based）
基于端口的静态VLAN
• 基于端口的静态VLAN是划分虚拟局域网最简单也是 最有效的方法，它实际上是某些交换机端口的集合，
网络管理员只需要管理和配置交换机端口，而不管交
换机端口连接什么设备； • 这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的端口来 划分的，是目前业界定义VLAN最广泛的方法； • IEEE802.1Q规定了这种划分VLAN的国际标准。
SwitchA-Catalyst2950
7x
Ethernet
8x
9x
10x
11x
12x
7x
8x
9x
10x
11x
12x
C 7 8 9 1011 12 A 12 34 56 1x 2x 3x 4x 5x 6x 1x 2x 3x 4x 5x 6x
A
B
臂路由也可以实现单臂 路由，如果VLAN数量多
VTP Client
PC3
PC4
实验原理图
Access
Tag
VLAN间的路由
VLAN之间的路由可以认为是不同网段之间的路
由，因此，从原理上讲，凡是具有路由功能的软 硬件设备均可担任VLAN之间的互连任务。
实际在工程中常用的是下面的两种解决方案：三
层交换机（交换机的虚拟接口）和单臂路由。
单臂路由
外部路由器可以实现多
LACP负载分担
3. VLAN，三层交换，QINQ
全双工和L2交换机的缺点
全双工和L2带来了以太网两次重大飞跃，彻底解决了困
扰以太网的冲突问题，极大的改进了以太网的性能。并且 以太网的安全性也有所提高。但以太网存在如下缺点：
广播泛滥 安全性仍旧无法得到有效的保证
其中广播泛滥严重是L2以太网的主要缺点
广播域
广播域是指网段上所有设备的集合，这些设备收听该网
络中所有的广播。当网络中一台主机发送广播时，网络 上的每个设备必须收听并且处理此广播，即使这个广播 对接收它的设备没有任何的帮助!
广播的特征除了传播范围面向所有设备外，强制性也是
它的特征。
引入VLAN（ Virtual Local Area Network ），802.1Q
MACD
MACA 端口2
......
广播域
广播域
LAN
冲突域
LAN
SWITCH
LAN
冲突域
LAN LAN
冲突域
冲突域
冲突域
L2对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲突
域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。
2. Port Trunking，LACP
Port trunking/aggregation
采用VLAN
技术可以分割广播域。即一个VLAN即是一个广播域。 在一个VLAN中所有的机器都能够接收到广播，其它的VLAN则不能 够接收。就像路由器的一个端口划分一个广播域一样。 主机A、C、D在同一个VLAN 中，B，E，F在另一个VLAN中 如果主机A发送一个单播给主机D，C是否能够收到？不能够 如果主机A发送一个广播，谁能够收到？C、D均可以
4096 *4096 VLAN
4. STP，RSTP，MSTP
透明网桥的应用
拓展LAN的能力。
自主动态学习站点的地址信息。
问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何
记号，这样，如果网络中存在回路，则有可能报 文在回路中不断循环转发，造成网络拥塞。
冗余链路产生的问题 —Mac地址表不稳定
使网络的不同层次分担起不同的职责 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，
便于查找和纠错
在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互
操作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行
能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行，不需
FCS
4字节
以太网帧格式 目的MAC 源MAC 0X8100 VPID VCI Type VID 12b DATA FCS
801.1P 3b CFT 1b 802.1帧格式
帧标记的工作原理
交换机1
DES SRC FCS DES SRC SRC Data FCS DES
交换机2
DES SRC FCS
VLAN技术
1 广播帧 广播域
• VLAN （Virtual Local Area Network）
2
3
4 广播帧 广播域
•VLAN是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络。对应于OSI 的第二层网络。 •VLAN的划分不受网络端口的实际物理位置的限制。 •VLAN 有着和普通物理网络同样的属性； •第二层的单播、广播和多播帧在一个VLAN内转发、扩散，不会进入其他的 VLAN •VLAN只是分割广播域，不会改变广播、单播的实质。增加了广播域的个数， 减少了广播域的大小。 •不同VLAN中的主机间通信相当于在不同LAN间通信需要通过路由器选择路 由，或者是具有路由功能设备（三层交换机），主机间不能够随意访问
10.110.30.0 销售部 VLAN
SWITCH
QINQ，IEEE 802.1ad
Q-in-Q
该技术的原理是实现 VLAN堆叠，即在运营商网络的边 界点为用户数据帧加上一个运营商VLAN ID，并且用户 VLAN与运营商VLAN相互独立，这样一来可将VLAN的 数目扩展到 4096×4096 。但 Q-in-Q 还没有层次化的地址 结构，用户和运营商的MAC地址还不能隔离，网络扩展 性还很有限 从平面网络向分级网络演进 IEEE 802.1Q ( vlan) --客户 IEEE 802.1ad ( Q-in-Q) – 运营商网络
2.M A C地址全球唯一，由 I E E E对这些地址进行管理和分配。每个 地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前2 4位二
进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。
3.如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。 4.如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。
交换机组网举例
以太网原理---CSMA/CD
以太网原理
讲师 汪卫章
北京华环电子股份有限公司
Beijing Huahuan Electronics Co.,Ltd.
主要内容
以太网基本概念 Port trunking, LACP VLAN,三层交换，QINQ
STP，RSTP，MSTP
电信级以太网，OAM
QOS
OSI七层协议
CS：载波侦听。
在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲
突的机会。
MA：多址访问。
每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
CD：冲突检测。
边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个
随机时间之后继续发送。
二层交换机原理
1. 接收网段上的所有数据帧； 2. 利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源
三层交换机通过硬件实现查找和转发； 传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发； 三层交换机的转发路由表与路由器一样，需要软件通过路由协议来建立维护
在局域网中引入三层交换：
能够更加经济的替代传统路由器。
10.110.10.0 工程部 VLAN
10.110.20.0 市场部 VLAN
• IEEE802.1Q使用4Byte的标记头来定义Tag（标记）； • Tag头中包括2Byte的VPID（VLAN Protocol Identifier） 和2Byte的VCI（VLAN Control Information）。
目的MAC
6字节
源MAC
6字节
长度/类型
2字节
DATA
46～1500字节
个物理接口可以划分多
个逻辑接口，而逻辑接 口的数量原理上可以随
销售2部
A
B
VTP Server
Cisco2621 行政部 Internet
意设置。
什么是三层交换机
逻辑上，三层交换和路由是等同的，三层交换的过程就是IP报文选路的过程。 三层交换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其实现的方式：
VLAN划分方法
• 基于端口的VLAN（Port-Based） • 基于协议的VLAN（Protocol-Based） • 基于MAC层分组的VLAN（MAC-Layer Grouping） • 基于网络层分组的VLAN（Network-Layer Grouping） • 基于IP组播分组的VLAN（IP Multicast Grouping）
地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护；
3. 在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找 到就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口）； 如果找不到，就向所有的端口发送（不包括源端口）； 4. 向所有端口转发广播帧和多播帧（不包括源端口）。
基于源地址学习
分段1 A PORT1 交换机 B 交换机典型应用 PORT2 分段2 C
A VLAN ID
B
• 默认条件下，Trunk上会转发交换机上存在的所有 VLAN的数据；
• 传输多个VLAN的信息；
• 实现同一VLAN跨越不同的交换机。