以太网基本原理
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。
简述以太网的工作原理
简述以太网的工作原理
以太网是一种常用的局域网技术，它使用以太网协议进行数据传输。
以太网的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 硬件准备：以太网使用一组特定的硬件设备，包括网络接口卡（NIC）、集线器（Hub）或交换机（Switch）。
每个设备
都有一个唯一的物理地址，称为MAC地址。
2. 数据封装：数据在发送之前被封装为数据帧。
数据帧包括头部和数据部分，头部包含了目标MAC地址和源MAC地址等
信息。
3. 寻址和转发：当一台计算机想要发送数据时，它首先将数据帧发送到与它相连的设备（通常是交换机）。
交换机会读取目标MAC地址并将数据帧转发给适当的设备。
4. 数据传输：数据帧在以太网中传输，通过物理介质（如双绞线或光纤）进行传输。
数据帧以比特的形式在物理介质上传输。
5. 数据接收和解析：设备接收到数据帧后，根据目标MAC地
址进行解析。
如果目标MAC地址与自身的MAC地址匹配，
设备将接受数据帧。
否则，数据帧将会被丢弃。
6. 碰撞检测和重传：在以太网中，多个设备可以同时发送数据。
如果多个设备同时发送数据，可能会发生碰撞。
碰撞检测机制能够检测到碰撞，并触发重传机制来保证数据的可靠传输。
7. 重复过程：以上过程在整个以太网中不断重复，以实现计算机之间的通信。
总结起来，以太网通过硬件设备、数据封装、寻址和转发、数据传输、数据接收和解析等步骤实现计算机之间的通信。
其特点是灵活、易扩展和成本低廉，被广泛应用于局域网环境中。
简述以太网的工作原理
简述以太网的工作原理
以太网是一种常用的局域网传输技术，其工作原理基于
CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）协议。
在以太网中，所有主机通过共享同一条物理传输介质（如电缆）进行通信。
每台主机都被配置为具有唯一的MAC地址（媒体
访问控制地址），用于在网络中识别和定位。
工作原理如下：
1. 媒体访问控制：主机在发送数据之前，首先在物理介质上侦听信道，如果信道闲置，则可以发送数据。
如果检测到信道上有信号，则主机延迟发送，等待信号消失。
这样确保每个主机都可以在不发生碰撞的情况下发送数据。
2. 碰撞检测：如果两台或更多台主机同时发送数据，就会发生碰撞。
主机会继续发送数据，同时侦听信道以检测碰撞。
如果检测到碰撞，则主机发送一个干扰信号以停止发送，并等待一段随机时间后重新发送。
3. 数据帧传输：数据在网络上以数据帧的形式传输。
数据帧由起始定界符、目的MAC地址、源MAC地址、类型/长度字段、有效载荷（数据）和校验字段组成。
每个主机通过读取目的MAC地址来检查接收数据帧的目标是自己还是其他主机。
4. 交换机：以太网中经常使用交换机来增加网络性能和带宽。
交换机具有多个端口，每个端口与一个主机相连。
交换机可以将由一个端口接收到的数据帧仅转发到目标主机的端口，而不
会广播到整个网络。
这样可以有效避免碰撞。
总的来说，以太网的工作原理是通过CSMA/CD协议实现的。
它允许主机在共享物理介质上传输数据，并通过碰撞检测和随机退避机制来处理碰撞。
交换机的使用还可以提高网络性能和可靠性。
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。
以太网的工作原理
以太网的工作原理
以太网是一种广泛使用的局域网技术，其工作原理是基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，带冲突检测的载波侦听多路访问）协议。
在以太网中，计算机通过物理介质（例如电缆）连接在一起，形成一个局域网。
每个计算机都被称为一个节点，每个节点都有一个唯一的MAC地址。
当一个节点想要发送数据时，它先检测物理介质上是否有其他节点正在发送数据。
如果没有其他节点发送数据，该节点就可以开始发送数据。
如果检测到其他节点正在发送数据，该节点将等待一段时间，直到物理介质空闲为止，然后才发送数据。
在数据发送过程中，如果两个节点同时发送数据导致碰撞发生，它们会立即停止发送，并等待一个随机的时间后重新发送。
这种碰撞检测和重传机制被称为CSMA/CD。
为了确保数据传输的可靠性和顺序性，以太网使用了帧格式。
数据被分割成小的数据包，每个数据包都有自己的起始标志、目标MAC地址、源MAC地址、数据内容和一些校验位。
数
据包通过物理介质传输时，其他节点可以根据帧格式的标志位来识别和接收自己需要的数据。
另外，以太网支持半双工和全双工通信。
在半双工通信中，节点只能同时进行发送或接收操作，不能同时进行两者；而在全双工通信中，节点可以同时进行发送和接收操作，提高了传输
效率。
总之，以太网通过CSMA/CD协议、帧格式和物理介质来实现多个节点之间的数据传输，并且支持可靠性、顺序性和双工通信。
这种工作原理使得以太网成为一种广泛应用于局域网的技术。
以太网原理MAC和PHY
以太网原理MAC和PHY以太网是一种局域网（LAN）技术，用于在计算机之间传输数据。
以太网原理包括物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）两个部分。
物理层（PHY）是以太网技术的底层，负责将传输的数据转化为电信号，并在网络中传输和接收数据。
PHY负责处理传输介质、传输速率等物理层面的细节。
MAC层是以太网技术的上层，负责管理和控制网络中的通信。
MAC层协议定义了数据的传输方式、帧结构、帧格式等规范，以确保数据的可靠传输和有效利用。
在以太网中，数据被分割成一系列的帧（Frame），每个帧由MAC层添加标识符和校验码，并传输到物理层。
物理层将数据转化成电信号，并通过传输介质（如双绞线、光纤等）传输到目标计算机。
PHY层通过一系列的电器和电子设备来处理数据的传输。
这些设备包括编码器、解码器、物理传输媒介、放大器等。
编码器和解码器负责将数据转化为电信号和相反的操作，物理传输媒介负责在不同的介质中传输数据，放大器用于增强信号的强度。
当数据传输到目标计算机后，物理层将电信号转化为数据，并传递给MAC层处理。
MAC层根据帧的标识符和校验码来验证数据的完整性和正确性，并将其传递给上层应用程序。
MAC层还负责管理和控制网络中的通信。
为了避免数据冲突，以太网采用了一种称为“载波侦听多址接入/碰撞检测”（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）的协议。
该协议允许多个计算机同时发送数据，但如果检测到冲突，则发送方会停止发送，等待一段随机时间后重新发送。
以太网的传输速率通常用Mbps（兆位每秒）来衡量，常见的速率有10Mbps、100Mbps和1000Mbps（即千兆以太网，也被称为千兆网）。
总结起来，以太网的原理包括物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）两个部分。
PHY层负责将数据转化为电信号，并在物理介质上传输和接收数据。
MAC层负责管理和控制网络中的通信，确保数据的可靠传输和有效利用。
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。
以太网基本原理分解
以太网基本原理分解以太网是一种广泛应用于局域网（LAN）的计算机网络技术，它提供了高速、可靠、经济的数据传输。
以太网基于一系列的基本原理，如介质访问控制、帧结构、链路层地址等。
下面将以太网的基本原理进行分解。
1.介质访问控制（MAC）：以太网使用CSMA/CD（载波侦听多点接入/冲突检测）技术来协调多个设备共享同一物理介质。
当设备要发送数据时，首先监听物理介质上是否有信号，如果没有信号则进行发送；如果有信号，则等待一段随机时间窗口再次监听，并解决数据包冲突的问题。
这种机制可以有效地减少冲突，提高网络的可靠性和吞吐量。
2. 帧结构：以太网数据在物理介质上传输时被划分为若干个帧（Frame）。
每个帧由一个帧起始符、目的地址、源地址、长度/类型、数据以及帧检验序列等字段组成。
帧起始符用于帧的识别，目的地址和源地址表示数据的发送和接收方，长度/类型表示数据的类型或长度，数据字段是实际的数据内容，帧检验序列用于检测传输中的错误。
3.链路层地址：为了能够在以太网上正确地发送和接收数据，每个设备都必须具有唯一的链路层地址。
以太网使用一个48位的物理地址，即MAC地址，来标识每个设备。
MAC地址是由网络设备的制造商在制造时分配的，它唯一地标识了网络中每个设备。
当数据在以太网上传输时，发送方需要将目的设备的MAC地址添加到帧中，以便接收方正确地接收数据。
4. 媒体类型：以太网支持多种不同类型的物理媒体，包括双绞线、同轴电缆和光纤。
不同的物理媒体具有不同的传输速率和最大距离，以太网根据不同的媒体类型来选择合适的传输速率和距离。
例如，10BASE-T以太网使用双绞线作为物理媒体，传输速率为10 Mbps；而1000BASE-SX 以太网使用多模光纤作为物理媒体，传输速率为1 Gbps。
5.网络拓扑：以太网可以采用不同的网络拓扑结构，如总线型、星型和环型。
总线型拓扑是最常见的结构，所有设备都连接到同一根总线上。
星型拓扑将所有设备连接到一个中央设备（如交换机）上。
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– 简明和成本低 – 寻址灵活：应该有一种机制来确定网络中的一台计算机、全部计算 机或一组计算机－MAC地址。 – 公平高速：各个终端应该公平的享有带宽－CSMA/CD，高速－数 据链路层－无连接，尽力传送-―best－effort‖ – 稳定和低延迟
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……
使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。
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自协商基本页信息
0 0 1 0 2 0 3 0 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Message Type Ethernet=00001
Reserved
以太网基本原理
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• 经过该课程后，学员应该掌握以下内容：
– 了解以太网物理层的工作过程 – 掌握以太网端口自协商的原理 – 掌握MAC地址概念和以太网帧数据收发过 程 – 掌握以太网VLAN基本概念 – 掌握802.1Q帧格式和各个字段的含义 – 了解二层组播协议和生成树协议的工作过 程
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5
以太网的几种类型
• 标准以太网（10Mbit/s）的网络定位：
模型分类
网络定位
最终用户和接入层交换机（或HUB）之间的连接
接入层
汇聚层
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通常不使用
通常不使用
核心层
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半双工
• 任一时刻只能接收或发送 • 采用CSMA/CD访问机制 • 物理上有距离限制
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CSMA/CD
共享介质的灵魂－CSMA/CD（带碰撞检测的载波监听多路访问）原理： 1、终端设备不停的检测共享线路的状态，只有在空闲的时候才发送数据， 如果线路不空闲则一直等待。 2、发送过程中，若其他设备也同时发送数据，则其发送 的数据必然产生 碰撞，导致线路上的信号不稳定，终端设备检测到这种不稳定之后， 马上停止发送自己的数据，然后再发送一连串干扰脉冲，然后等待一段
只能单一种类型的物理接口 内部共享高速总线，使用CSMA/CD方式工作。
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集线器——II类
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可以提供多种类型的物理接口 内部共享高速总线，使用CSMA/CD方式工作。
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第1 章以太网概述 第2 章以太网物理层 第3 章数据链路层
3.1 数据链路层结构
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第5章 以太网VLAN 第6章 千兆以太网 第7章 二层组播
3.2 MAC子层 3.3 LLC子层
第8章 生成树协议
第4 章以太网交换机
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第8章 生成树协议
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12
以太网物理层标准
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• • • • • • •
10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2
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– 无法实现端口的自动双速配置功能（如10Mbit/s和100Mbit/s） – 无法确定双工工作模式 – 无法确定是否需要流量控制功能
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如果对接时一端采用自协商，另一端采用固定模式会出现什么现象？
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光纤上的自协商
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自动协商
双工方式
运行速率
10M
全双工 100M 1000M
半双工
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10G
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18
自动协商实现基础
16ms
每个大脉冲插入16小脉冲
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时间之后再进行发送。
缺点：带宽窄，冲突检测机制，传输时间必须大于延迟时间导致物理长度 限制－51.2us的冲突检测窗口，1位在2500m，加上四个中继器的往返时间。 帧长最小字 节数64，刚好512位。
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15
最小帧长与最大传输距离
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第1章 以太网概述
第5章 以太网VLAN 第6章 千兆以太网 第7章 二层组播
第2章 以太网物理层
2.1 以太网基本技术 2.1 自动协商机制
江 苏 公 司 操 作 维 护 中 心
第3章 数据链路层 第4章 以太网交换机
1.1 以太网的起源和设计目标 1.2 以太网的几种类型及应用领域
第5章 以太网VLAN
第6章 千兆以太网
第2章 以太网物理层
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第7章 二层组播
第8章 生成树协议
第3章 数据链路层 第4章 以太网交换机
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4
起源和设计目标
22
101001010111000101001101010101…...
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自协商优先级
优先级顺序
A
工作方式
100BASE-TX全双工
B
C
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100BASE-T4
100BASE-TX 10BASE-T全双工 10BASE-T
6
以太网的几种类型
• 快速以太网（100Mbit/s）的网络定位：
模型分类 接入层 网络定位
为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入 提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层 的连接，提供高速服务器的连接 提供交换设备间的连接
汇聚层
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核心层
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31
数据链路层位置和结构
网络层 数据链路层
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LLC子层 MAC子层
物理层
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32
MAC子层——位置与功能
LLC子层
EthernetMAC
TokenRingMAC
FDDIMAC
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HalfDuplexMAC
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以太网通信的原则： 同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机同时接 收——广播；如果一个以太网报文被完全发送出去则在链路上肯定 不会发生冲突，即理论上不再需要发送第二次。
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全双工物理层
• 同一时刻可以发送和接收，不用预先判断链路的忙闲状 态 • 最大吞吐量达到双倍速率 • 从根本上消除了半双工的物理距离限制
1000BaseSX 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光
1000BaseLX 单模光纤，9um光纤，使用波长为1300nm的激光
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10
以太网主要应用领域
• 以太网主要应用领域：
– 高速网络设备之间互连 – 城域网中用户接入的手段
• 最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度等因素 决定。 • 最小帧长（64字节）：由最大传输距离和冲突检测机制 共同决定。 • 规定最小帧长是为了避免这种情况发生：某站点已经将 一个数据包的最后一个BIT发送完毕，但这个报文的第一 个BIT还没有传送到距离很远的一个站点。而站点认为线 路空闲而发送数据，导致冲突。
D E
2013年中国电信
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双工模式 全双工 半双工
运行速率 100M 10M
双工模式 全双工 半双工
100M 10M
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与没有自协商机制的设备连接
• 不使用自协商机制会出现以下情况：
• 对光纤以太网而言，得出的结论是：
– 链路两端的工作模式必须使用手工配置（速度、双工模式 、流控等），如果光纤两端的配置不同，是不能正确通信 的。
江 苏 公 司 操 作 维 护 中 心
• 千兆以太网的自协商机制已经实现。
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26
集线器HUB——I类
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数 据 位 0
数 时 据 钟 位 1
……
约2ms
数 据 位 14
数 时 据 钟 位 15
时 钟
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• 整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成