以太网技术(精)
以太网技术
2.2 以太网技术以太网是最早使用的局域网，也是目前使用最广泛的网络。
本节内容包括以太网的诞生及标准系列、命名规则、10Mbps、100Mbps、千兆以太网、层次结构及其功能模块、帧结构、媒体访问控制方式、共享式以太网、交换式以太网。
2.2.1 以太网的发展1.以太网的起源以太网（Ethernet）技术于1973年由施乐公司研发，而后由Xerox、Digital Equipment 和Intel三家公司开发成为局域网组网规范，并于80年代初首次出版，称为DIX1.0。
1982年修改后的版本为DIX2.0。
这三家公司将此规范提交给IEEE(电子电气工程师协会)802委员会，经过IEEE成员的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，并编号为IEEE802.3。
Ethernet和IEEE802.3虽然有很多规定不同，但术语Ethernet通常认为与802.3是兼容的。
1983年，IEEE将802.3标准提交给国际标准化组织(ISO)第一联合技术委员会(JTC1)，再次经过修订变成了国际标准ISO802.3。
2.几个主要以太网标准1982年10BASE5（DIX）802.3 粗同轴电缆1985年10BASE2 802.3a 细同轴电缆1990年10BASET 802.3j 双绞线1993年10BASEF 802.3j 光纤1995年100BASET 802.3u 双绞线1997年全双工以太网802.3x 双绞线、光纤1998年1000BASEX 802.3z 双绞线、光纤2000年1000BASET 802.3ab 双绞线3.IEEE 802.3命名规则– IEEE 802.3 X TYPE-Y NAME– X表示传输速率<1> 10表示10Mbps<2> 100表示100Mbps<3> 1000表示1000Mbps– TYPE表示信号传输方式<1> Base指基带传输<2> Broad指宽带传输– Y表示传输媒体<1> 5指粗同轴电缆<2> 2指细同轴电缆<3> T指双绞线<4> F指光纤举例：10BASE-5，表示该以太网的带宽为10Mb/s，以基带传输，最大传输距离为500m；10BASE-TX，表示该以太网的带宽为100Mb/s，以基带传输，传输介质（媒体）为双绞线。
以太网技术基本原理
以太网技术基本原理以太网是一种局域网技术，其基本原理是基于CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议，采用共享介质的方式实现各个终端设备之间的数据通信。
以下是以太网技术的基本原理的详细介绍。
1.CSMA/CD协议：CSMA/CD协议是以太网的核心协议，用于解决多个终端设备同时访问共享介质时产生的冲突问题。
其工作原理是，在发送数据之前，终端设备会先监听共享介质上是否有信号传输，如果没有，则可以开始发送自己的数据。
如果检测到有信号传输，表示介质正在被占用，终端设备会等待一段随机的时间后再次进行监听，以便选择合适的时机进行数据发送。
如果在发送数据的过程中，终端设备检测到介质上有冲突，就会终止发送并等待一段时间，再次检测介质是否被占用，然后重新开始发送数据。
通过这种方式，CSMA/CD协议可以有效地解决冲突问题，实现数据的可靠传输。
2.介质访问控制：以太网采用的是共享介质的方式，多个终端设备共享同一根传输介质。
为了保证每个终端设备的公平性和均衡性，以太网采用了介质访问控制机制。
具体来说，以太网将共享介质分割为多个时隙，并将每个时隙划分为一个最小的数据传输单元（称为“帧”）。
终端设备在进行数据传输之前，需要等待一个空闲的时隙，然后按照时隙进行数据发送。
这种介质访问控制机制能够有效地保证每个终端设备的公平访问权，并避免了数据传输的混乱和冲突。
3.MAC地址：以太网使用MAC（媒体访问控制）地址来唯一标识网络中的每个终端设备。
MAC地址是一个48位的全球唯一标识符，由6个字节组成。
其中前3个字节是由IEEE管理的组织唯一标识符（OUI），用于标识设备的生产厂商，后3个字节由设备厂商自行分配。
每个终端设备在生产时都会被分配一个唯一的MAC地址，以太网通过这个地址来确定数据应该发送到哪个设备。
4.帧格式：以太网的数据传输通过帧来进行，每个帧是一个完整的数据包。
以太网的帧格式包括了源MAC地址、目标MAC地址、协议类型和数据部分。
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。
以太网技术规范
⒈ IEEE802.3z
IEEE802.3z 工作组负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的全双工链路标准。 IEEE802.3z 定义了基于光纤和短距离铜缆的 1000Base-X，采用 8B/10B 编码技术，信道 传输速度为 1.25Gbit/s，去耦后实现 1000Mbit/s 传输速度。IEEE802.3z 具有下列千兆以太 网标准：
以太网技术规范
李良庭 1999 年 12 月整理
用同 10BASE－T 相同的 RJ－45 连接器。它的最大网段长度为 100 米。它支持全双工的数 据传输。
· 100BASE－FX：是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤（62.5 和 125um）。多模光纤连接的最大距离为 550 米。单模光纤连接的最大距离为 3000 米。 在传输中使用 4B/5B 编码方式，信号频率为 125MHz。它使用 MIC/FDDI 连接器、ST 连接 器或 SC 连接器。它的最大网段长度为 150m、412m、2000m 或更长至 10 公里，这与所 使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。100BASE－FX 特别适合于有 电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。
(计算机网络技术)04以太网基础
以太网发展历程
总结词
以太网的发展经历了从10Mbps到100Gbps的多个阶 段，以太网技术不断演进，以满足更高的网络性能需 求。
详细描述
以太网的发展历程可以分为多个阶段。最初是以太网 的原始版本，数据传输速率仅为2.94Mbps。随后， 以太网技术不断演进，出现了10Mbps的以太网、快 速以太网、千兆以太网、万兆以太网等不同版本，数 据传输速率逐渐提升。近年来，随着云计算、大数据 等技术的快速发展，以太网技术又迎来了新的挑战和 机遇，出现了40Gbps、100Gbps甚至更高速率的以 太网。
03
以太网网卡支持 10Mbps和100Mbps的 传输速率，以及全双工 和半双工模式。
04
常见的以太网网卡接口 类型包括RJ-45和BNC。
以太网集线器
01
02
03
04
以太网集线器是网络中的基础 设备，用于连接多个以太网设
备。
它采用共享带宽的方式工作， 所有端口共享总带宽。
以太网集线器不具备交换功能 ，无法实现端口之间的快速数
(计算机网络技术)04 以太网基础
目录
• 以太网概述 • 以太网协议 • 以太网硬件 • 以太网技术 • 以太网安全性 • 以太网未来发展
01
以太网概述
以太网定义
总结词
以太网是一种局域网技术，采用CSMA/CD协议，以共享介质的方式实现计算机之间的 通信。
详细描述
以太网是一种基于总线型的局域网技术，通过使用双绞线或光纤等传输介质，将多台计 算机连接在一起，形成一个网络。在网络中，计算机之间通过以太网交换机或集线器进
防火墙
通过设置访问控制列表，限制特定IP 地址或MAC地址的设备访问网络资源。
以太网技术概述
以太网技术标及发展
1973年 1973年， 2.98Mbit/s ，Xerox 98Mbit/s 1980 年，10Mbit/s， Xerox 、Digital和Intel 10Mbit/s， Digital和 1983 年 ， 以 太 网 技 术 （ 802.3 ） 、 令 牌 总 线 802. 802. 令牌环（ 802. （ 802.4 ） 、 令牌环 （ 802.5 ） 共同成为局域网领 域的三大标准 1995年，802.3u快速以太网标准 年 快速以太网标准 1998年，802.3z千兆以太网标准 年 千兆以太网标准 2002年，IEEE通过了 通过了802.3ae万兆以太网标准 年 通过了 万兆以太网标准
Ethernet/802.3操作 Ethernet/802.3操作
每个站点都可以接收到所有来自其他站点 的数据 为决定那个站点接收， 为决定那个站点接收，需要寻址机制来标 识目的站点 目的站点将该帧复制， 目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该 帧
高速以太网技术
100Mbit/s以太网技术 100Mbit/s以太网技术 1Gbit/s以太网技术 1Gbit/s以太网技术 10Gbit/s以太网技术 10Gbit/s以太网技术
1Gbit/s以太网体系结构和功能模块 1Gbit/s以太网体系结构和功能模块
MAC子层， 半双工和全双工处理 数据连路 层MAC 逻辑“与媒体无关接口” 编码方式 8B/10B编码/译码 短屏蔽铜线收发器 光缆 规格 介质 1Gbase-CX 短屏蔽铜线 850nm短波 MMF多模 1Gbase-SX 62.5/50um光缆 1310nm长波 SMF单模 1Gbase-LX 9um单模光缆 1Gbase-TX 非屏蔽超五类线 非屏蔽铜缆编码/译码 非屏蔽铜线收发器
1以太网介绍及工作原理
以太网的解释以太网(EtherNe t)以太网最早由X e rox（施乐）公司创建，在1980年，D EC、lntel和X erox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AR CNET。
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(RobertMetcalf e)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AR CNET，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。
以太网技术原理课件(PPT 56张)
术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户可以采 用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到 1000Mbps的平滑升级。
万兆以太网
已经开始部署，预计未来将有大规模的应用 标准为IEEE802.3ae
HUB设备工作原理：
1
2
3
4
5
OUT IN
OUT
OUT
OUT
HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑
冲突域
LAN
LAN
HUB
LAN
LAN
LAN
HUB对所连接的LAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了一 个冲突域。
由HUB组建以太网的实质
实际上网络中由HUB组建以太网，仍然存在以下缺陷：
冲突严重；
向所有端口转发广播帧和多播帧。
上述原则中存在三 处严重的错误，你 知道是什么吗？
正确答案
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）。
目 标
学习完此课程，您将会：
了解以太网相关标准 掌握以太网技术原理和发展过程
内容介绍
第1章 以太网相关标准
第2章 以太网技术原理
以太网的诞生
以太网最初是由Xerox公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴
电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD） 机制,数据传输速率达到10Mbps。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
IEEE802.3 CSMA/CD时间模型
包终点
包起点 IPG IPG IPG+
CSMA不能完全避免冲突的原因
• 当主机A认为信道空闲时，主机B也可能认为信道 空闲，因此，两台主机差不多同时发送数据，导 致冲突发生。
带冲突检测的CSMA/CD
有待发帧? 是 载波监听 迟延一个 随机时间 否
发送
冲突？ 否 继续帧的发送
是
冲突次数 超标？ 是 放弃帧的发送
否
强化冲突
3.1.2 影响CSMA效率的因素
结论
• 从以上公式A可以看出，为了避免冲突、提高信 道的效率，应该在d、R、r之间做出合理的匹配。 换句话说，当网络规模(d)不同时，使用的信道(r) 和采用的编码方式(R)也要做相应的调整。
3.1.3 IEEE802.3标准的CSMA/CD
• IEEE802.3以太网使用CSMA/CD发送数据。
• 从上面的叙述中我们已经看到，避免冲突对提高信道利用 率是至关重要的，下面我们就分析一下与冲突有关的因素。 • 在分析这些因素之前，我们首先讨论分时CSMA/CD的时 间模型，以便后面内容的叙述。该模型如图3-2所示。
图3-2 分时CSMA/CD 时间模型
t0
时隙
数据
数据
数据
数据
传输周期
争用周期
冲突在t0到t0+τ之间发生
A τ B A B
t0 (a)A的第一比特在t0时刻传向B
t0+τ
t0 (b)A的数据在t0+τ 之前没有到达B
t0+τ
A
B
A
B
t0
t0+ε (c)B在t0+ε 时发送数据导致冲突
t0+τ
(d)冲突信号在碰撞后经过2ε 到达A，被A检测到
结论
• 冲突信号需要经过2τ到达A，此时A才能检测出冲突。 • 可见，从t0时刻起，要想避免与A发生冲突，其他主机至 少要在t0+τ之后发送数据。而A最晚可能在t0+2τ时刻检测 到冲突。 • 显然，τ与A到B之间距离d和信号传输速度r有关，即
以太网家族成员
• 10Mbit/s以太网：简记为10ME。它是最初被标准 化的以太网，它的数据率是10Mbit/s。
• 快速以太网：Fast Ethernet，简记为FE。它的数 据率是100Mbit/s。 • 千兆以太网：Gigabit Ethernet，简记为GE。它 的数据率是1000Mbit/s。
• 万兆以太网：10Gigabit Ethernet，简记为10GE。 它的数据率是10000Mbit/s。
以太网IEEE802.3标准
10ME IEEE标准 物理层标准 批准时间 802.3 10BASE5 1983年 802.3a 10BASE2 1989年 FE IEEE标准 物理层标准 802.3u 100BASE-FX 802.3u 100BASE-TX 802.3u 100BASE-T4 802.3x&y 100BASE-T2 802.3i 10BASE-T 1990年 802.3j 10BASE-F 1993年
τ=d/r
• 而传输速度r又与信道有关。对于UTP电缆信道，电磁波 在电缆中的传播速度r最大只有在自由空间的65%左右， 因此，1km电缆的τ≈5.12×10-6s=5.12μs。
数据发送需不需要时间
• 实际上主机发送数据也需要时间。数据的第一个 比特离开主机到最后一个比特离开主机之间的时 间被称为发送时间。单位时间内发送的比特数， 称为比特率。 • 因此，当A的第一个比特到达B时，可能A发送数 据的最后一个比特还在A中。同样，主机接收数 据也需要时间。
CSMA数据发送规则
• (1)主机仍然侦听信道直到信道空闲，然后把数据发送出 去。这种方式称为1-坚持CSMA。 • (2)主机不再侦听信道，而是等待一个随机时间后，再侦
听信道。这种方式称为非坚持CSMA。
• (3)还有一种p-坚持CSMA，它应用于划分时隙的信道。主 机在某些特定的时隙使用信道，而在其他时间等待或侦听。 在p-坚持CSMA中，如果信道空闲，则侦听的主机以概率p 发送，而以概率1-p把这次发送推迟到下一个时隙。
• 早期以太网采用总线型拓扑结构组网，网络中的 主机共享数据通道。以太网解决多台主机共享信 道的方法是载波侦听多路存取(Carrier Sense Multi Access，CSMA)。
3.1.1 CSMA数据发送规则
• CSMA规定，当主机发送数据时，它首先侦听信 道上是否有载波。
• 若没有载波，则表明信道上没有数据在传输，主 机便将数据发送到信道上。若有载波，主机按以 下工作方式操作：
清华大学计算机系列教材
王宝智 主编
局域网设计与组网实用教程
第3章 以太网技术
• • • • • • • 3.1 以太网通信方式 3.2 10M以太网 3.3 快速以太网FE 3.4 千兆以太网GE 3.5 万兆以太网10GE 3.6 以太网升级 习题
3.1 以太网通信方式
• 当前应用最广泛的局域网是以太网家族。以太网 系列技术是目前局域网组网首选的网络技术。
Байду номын сангаас
公式
• 显然，数据的发送时间与数据的长度L和比特率R有关(R 又与数据编码方式有关)。数据帧的最小长度Lmin应该满足 关系： 2τ=Lmin/R （公式A） 即 Lmin=2τR 又由于 τ=d/r 所以 Lmin=2dR/r • 其中d为网络共享链路的长度，常被称为网络直径，R是 数据率，r是信号传输速率。
批准时间
1995年 GE
1995年
1995年 10GE
1997年
IEEE标准 物理层标准 批准时间
802.3z 1000BASE-X 1998年
802.3ab 1000BASE-T 1998年
802.3ae 10GBASE-LR/LW 2002年
802.3ae 10GASE-ER/EW 2002年
3.1 以太网通信方式
空闲周期 时间
问题
• 假如一台主机A在争用周期的第一个时隙开始发
送数据，那么其他主机需要等待多长时间后发送 数据才能避免冲突。显然，讨论这个问题对于提
高信道利用率具有重要意义。
讨论
• 假设在t0时刻，A的第一个比特离开A开始向B传输，
经过τ后到达B。如图3-3所示，如果B在t0到t0+τ之 间发送数据，就会导致冲突。