IEEE 802.3标准及以太网
ieee802.3标准使用的编码方法
IEEE 802.3标准是一个网络通信协议标准，它规定了以太网技术的物理层和数据链路层的实现方式。
在这个协议标准中，使用了一系列的编码方法来实现数据的传输和接收。
本文将介绍IEEE 802.3标准使用的编码方法，并对这些方法进行详细的解析和分析。
1. Manchester编码Manchester编码是一种常用的线路编码方法，它将每个数据位转换成一个高低电平的信号。
在Manchester编码中，0被表示为高电平跟随一个低电平，1被表示为低电平跟随一个高电平。
这种编码方式具有很好的时钟恢复性能，且能够通过相邻信号的边缘来确定数据位的边界。
在IEEE 802.3标准中，Manchester编码被用于10BASE-T和10BASE2等传输介质中。
2. 4B/5B编码4B/5B编码是一种将4位数据转换成5位代码的编码方式。
在这种编码方法中，每个4位数据被映射成一个5位不等的编码，以确保编码后的数据满足特定的传输要求。
这种编码方法的主要作用是确保数据传输的可靠性和线路的平衡性。
在IEEE 802.3标准中，4B/5B编码被用于100BASE-TX和1000BASE-X等传输介质中。
3. 8B/10B编码8B/10B编码是一种将8位数据转换成10位代码的编码方式。
在这种编码方法中，每个8位数据被映射成一个10位不等的编码，以确保编码后的数据满足特定的传输要求。
这种编码方法的主要作用是确保数据传输的可靠性和线路的平衡性。
在IEEE 802.3标准中，8B/10B编码被用于1000BASE-T等传输介质中。
4. ScramblingScrambling是一种通过伪随机序列对数据进行混淆的方法。
在这种编码方式中，发送端通过一个伪随机序列对数据进行处理，然后再发送到接收端进行解码。
这种编码方法的主要作用是降低数据中的直流分量，以减少传输线上的干扰。
在IEEE 802.3标准中，Scrambling被用于高速以太网的传输介质中。
IEEE802.3简介
IEE E 802.3 通常指以太网。
一种网络协议。
描述物理层和数据链路层的M AC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
DI X Eth ernet V2 标准与 IE EE 的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3 局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合 DIXEther net V2 标准的局域网。
早期的IEEE 802.3描述的物理媒体类型包括：10Base2、10Ba se5、10Base F、10B aseT和10Bro ad36等；快速以太网的物理媒体类型包括：100BaseT、100B aseT4和100B aseX等。
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制 LL C (Lo gical Link Cont rol)子层媒体接入控制 MAC (Med ium A ccess Cont rol)子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MA C子层，而 LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC 子层来说都是透明的。
由于TCP/I P 体系经常使用的局域网是D IX Et herne t V2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802 委员会制定的逻辑链路控制子层L LC（即802.2标准）的作用已经不大了。
很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC协议而没有 LLC协议。
MA C子层的数据封装所包括的主要内容有：数据封装分为发送数据封装和接收数据封装两部分，包括成帧、编制和差错风险等功能。
ieee 802.3版本命名规则
IEEE 802.3版本命名规则1. 介绍IEEE 802.3标准IEEE 802.3是由IEEE制定的一项有关局域网的标准，通常被称为以太网。
通过这个标准，不同计算机和网络设备可以在局域网中进行通信和数据传输。
IEEE 802.3标准制定了一系列的规范和技术要求，以确保不同厂家生产的网络设备互相兼容和互通。
2. IEEE 802.3版本命名规则在IEEE 802.3标准中，不同的版本以及相关的修订版本是通过命名规则来进行标识。
IEEE 802.3版本命名规则遵循一定的格式和规范，主要包括以下几个部分：2.1 版本号IEEE 802.3的版本号由三个部分组成，分别是主版本号、次版本号和修订版本号。
主版本号表示标准的主要版本，通常在标准中进行了重大的变更或新增了重要功能时会增加。
次版本号表示标准的小版本更新，通常是对主版本的一些修订或改进。
修订版本号表示对次版本的修正和改进，通常是一些小幅度的修改和调整。
2.2 发布年份在版本号之后会紧跟着标准的发布年份，用来进一步区分不同版本的标准。
在IEEE 802.3标准中，年份用四位数字来表示，例如2019、2020等。
2.3 类别除了版本号和发布年份，IEEE 802.3标准还会根据不同的功能特性和应用场景进行分类，以便用户更好地选择和应用。
在标准命名中，会加入相应的类别信息，如Fiber、Base-T等。
3. 举例说明以IEEE 802.3-2019 Base-T标准为例来说明版本命名规则。
在这个示例中，"IEEE 802.3"表示标准的编号，"2019"表示发布年份，"Base-T"表示标准的类别。
而前面的版本号则代表着该标准的主版本、次版本和修订版本。
通过这样的命名规则，用户可以清晰地了解到标准的具体版本和发布年份，从而更好地选择和使用相应的标准。
4. 结语IEEE 802.3版本命名规则是一项在标准制定过程中非常重要的规范，它为不同版本的标准提供了清晰的识别和区分方式。
IEEE_802.3和以太网
IEEE 802.3和以太网OSI参考模型(Open System Interconnect Reference Model，开放系统互联参考模型) :A seven layer abstract reference model for communications protocols in which each layer performs a specific task. The intent of the model is to allow different vendors on different hardware to communicate with each other at the same layer. The seven layers are physical, data link, network, transport, session, presentation, and application.一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。
该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。
这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。
IEEE 802.3委员会的工作范畴是在OSI参考模型(Open System Interconnect Reference Model，开放系统互联参考模型)下面的物理层和数据链路层。
物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口（RGMII / GMII / MII）。
数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
这两层的每一层又分成若干子层和接口。
下图显示了IEEE 802.3 Local and metropolitan area networks标准Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications规定的以太网的子层和接口。
《以太网100BASE-T标准》IEEE802。3U
802.3u802.3u是IEEE 802.3u的简称， IEEE 802.3u(100Base-T)是100兆比特每秒以太网的标准。
100Base-T技术中可采用3类传输介质，即100Base-T4、100Base-TX和100Base-FX，它采用4B/5B编码方式。
IEEE 802.3u (100Base-T)是100兆比特每秒以太网的标准。
100Base-T 技术中可采用3类传输介质，即100Base-T4、100Base-TX和100Base-FX，它采用4B/5B编码方式IEEE 802.3协议以太网Ethernet：IEEE 802.3 局域网协议（Ethernet LAN protocols as defined in IEEE 802.3 suite）以太网协议属于局域网的范畴，包含于IEEE 802.3 标准组。
在以太网标准中，有两种操作模式：半双工和全双工。
半双工模式中，数据是通过共享媒体上载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议实现传输过程的。
它的主要不足之处在于有效性和距离限制，链路距离受最小帧大小的限制。
该限制彻底降低了其高速传输的有效性。
因此，引入了载波扩展技术来确保千兆位以太网中512字节的最小帧，从而达到了合理的链路距离要求。
当前关于在光纤和双绞线缆上的运行，有四种传输速率：10 Mbps：10Base-T 以太网100 Mbps：快速以太网1000 Mbps：千兆位以太网 802.3z10千兆位以太网：IEEE 802.3ae本文我们主要讨论以太网的总体概况。
有关快速以太网(自适应以太网)、千兆位以太网以及10千兆位以太网的具体内容将在个别文件中另作介绍。
以太网系统由三个基本单元组成：1）物理媒体，用于携带计算机之间的以太网信号；2）媒体访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得多路计算机对共享以太网信道作出正确判断；3）以太帧，由一组系统用于携带数据的标准比特流构成。
IEEE802.3 协议简介
当以太帧发送到共享信道后，所有以太网接口查看它的目标地址。如果帧目标地址与接口地址相匹配，那么该帧就能被全部读取并且被发送到那台计算机的网络软件上。如果发现帧目标地址与它们本身的地址不匹配时，则停止帧读取操作。
Preamble（Pre） ― 7字节。Pre 字段中1和0交互使用，接收站通过该字段知道导入帧，并且该字段提供了同步化接收物理层帧接收部分和导入比特流的方法。
Start-of-Frame Delimiter（SFD） ― 1字节。字段中1和0交互使用，结尾是两个连续的1，表示下一位是利用目的地址的重复使用字节的重复使用位。
IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5三种局域网的区别？
IEEE802．3是载波侦听多路访问局域网的标准。同时需要理解总线网的特点，即它进行媒体访问无优先权，信息的发送是通过竞争进行的；结构简单，媒体介入方便，价格便宜；但节点之间的最大距离有限制；信息负载少，数据吞吐量较高，延时短；反之，冲突的增加，数据吞吐量下降，网络延时增加；实时性差；采用点到点或广播式通信。通过这些特点，大家可以对局域网的性能有所了解，同时对于10BASE5、10BASE2、10BASE—T三种以太网从长度、连接数、接口等方面做到心中有数，从而为局域网组网选择提供依据。
信号如何通过组成以太网系统的各个介质段有助于我们掌握系统拓朴结构。以太网的信号拓朴是一种逻辑拓朴，用来区别介质电缆的实际物理布局。以太网的逻辑拓朴结构提供了一条单一信道（或总线）用于传送以太网信号到所有工作站。
多个以太网段可以链接在一起构成一个较大的以太网，这通过一种能够放大信号和重新计时的叫做中继器的设备实现。通过中继器，多段以太网系统可以像“无根分支树”（non-rooted branching tree）一样扩展。“无根”意味着系统在任意方向上都可以生成链接段，且没有特定的根段。最重要的是，各段的连接不能形成环路。系统的每个段必须具有两个终端，这是由于以太网系统在环路路径上不能正确运行。
4-3 IEEE 802.3标准及以太网
填充字段
❖ 为保证帧的最短长度为64个字节
即：在数据字段长度为0时 两个地址（12字节）+ 长度（2个字节）+ 填充字节+校 验和（4个字节）= 64 18字节+ 填充字节 = 64
填充字节 = 46
所以填充字节为：0 ~ 46字节
14
§5 最短帧长问题
❖ 为什么帧的最短长度为64个字节？
为了确认发送帧是否正确到达终点，必须保证可能的冲突信号
❖ 802.3的帧结构
单位：
字节
7
1
2/6
2/6
2
先导字段 10101010
目的地址 源地址
0~1500 数据
帧开始字符10101011 数据字段长度
0~46 填充字符
4 校验和
0~46 填充字符
4 校验和
9
交互问题
集线器和中继器能否改变以太网的帧？它 们工作ISO/OSI网络结构的哪一层？（ ） A.有，物理层 B.没有，物理层 C.有，数据链路层 D.没有，数据链路层
廉价 易于维护 用于楼间
接口 AUI BNC RJ-45 ST
4
粗缆以太网（10BASE5）
终止器
收发器粗缆 AUI电缆 Nhomakorabea终止器
5
细缆以太网(10BASE2)
细缆 BNC连接器
终止器
6
双绞线以太网(10BASE-T)
HUB
双绞线
RJ-45
7
§3 802.3的其他设备
❖ 集线器（HUB）：目前很常用。形成星形 连接，但其本质是总线结构
长度（传输512 bit，即64字节的时间），即帧的长度至少为64个
字节
以太网和IEEE 802.3协议.
学习步骤
1 步骤一
阅读文字材料，了解以
太网的概念 、以太网与 IEEE802.3区别。
3 步骤三
来做习题，进一步考察
是否掌握知识点内容。
2 步骤二
学习主要内容，掌握
以太网的工作原理。
4 步骤四
浏览学习案例，拓展
自己的知识结构。
主要内容:
以太网的概念 以太网的工作原理 以太网与IEEE802.3区别 IEEE802.3标准
粗以太网电缆
收发器 终止器 AUI电缆
三台计算机和内置的网卡分别通过粗缆和AUI电缆连接形成的以太网
采用粗同轴电缆的以太网需要的硬件
①网络接口卡(NIC)：插在工作站的插槽上，实现数据 链路层及部分物理层的功能，主要有数据封装、链路 管理、编码与解码。
②收发器：沿电缆发送和接收信号，另外还完成载波监 听和冲突检测的功能。
以太网和IEEE 802.3协议
学习目的：
理解以太网的概念 掌握以太网的工作原理 了解以太网与IEEE802.3区别 了解IEEE802.3标准
以太网和IEEE 802.3协议
学习要求：学习本讲后，应该能够
理解以太网的概念 理解以太网的工作原理 了解以太网与IEEE802.3区别 了解IEEE802.3标准
以太网是一种基带总线局域网使用同轴电缆作 为网络介质，采用载波多路访问和冲突检测 (CSMA/CD)机制，数据传输速率达到10 Mb/s。
Ethernet Segment
以太网结构
以太网采用广播机制，所有与网络连接 的工作站都可以看到网络上传递的数据。 通过查看包含在帧中的目标地址，确定 是否进行接收或放弃。如果查明数据是 发给自己的，工作站将会接收数据并传 递给高层协议进行处理。
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§4 帧结构
以太网的帧结构
单位：
字节
7 1 2/6
先导字段
目的地
1010101
址
0 帧开始字符10101011
2/6 2
0~1500
源地址
数据
类型：表示上层使用的协议 如IP协议为800H，ARP协议为07FDH
❖ 前四次竞争都冲突的概率为：1 x 0.5 x 0.25 x 0.125 = 0.015625=1/24×(4-1)/2
对于两个站点的第j次竞争，发生在第i次冲 突之后，j=i+1，站点会在[0,2j-1)或[0,2i)范围 选择等待时隙。 其发生冲突的概率=1/2j-1=1/2i
前j次竞争都冲突的概率= 1×1/2×…×1/2j-1=1/2(j-1)×j/2=1/2i×(i+1)/2
帧结构字段说明
两个地址 数据字段长度和校验和 填充字段
两个地址
目的地址和源地址都允许为2字节或6字节，在10M bps 的基带以太网中是6字节
目的地址最高位为0：普通地址 1：多点发送（多播,Multicast）
目的地址全1：广播发送（Broadcast） 目的地址次高位(第46位)用来标识局部地址还是全局地
❖ 第三次竞争，即第二次冲突后：A、B都将在0、1、2、3之间选择，选择的 组合有：00、01、02、03、10、11、12、13、20、21、22、23、30、31、 32、33共16种，其中00、11、22、33将再次冲突，所以第三次竞争时，冲 突的概率为0.25=1/22
❖ 第四次竞争，即第三次冲突后：A、B都将在0、1、2、3、4、5、6、7之间 选择，选择的组合共有64种，其中00、11、… …、77将再次冲突，所以第 四次竞争时，冲突的概率为0.125=1/23
❖ 802.3的帧结构
单位：
字节
7 1 2/6
2/6 2
先导字段
目的地
1010101
址
0 帧开始字符10101011
源地址
数据6 4
填充字 符
校验和
0~46 4
填充字 符
校验和
交互问题
集线器和中继器能否改变以太网的帧？ 它们工作ISO/OSI网络结构的哪一层？（ ） A.有，物理层 B.没有，物理层 C.有，数据链路层 D.没有，数据链路层
§2 802.3的电缆与标准
传输电缆分最多以可下以接四4个种中继器，所以总长=5×500m=2500m
名称 10Base5
电缆 粗缆
最大区间 长度
节点数/段
优点
500m
100 用于主干
接口 AUI
10Base2 细缆 200m(185) 30
廉价
BNC
10Base-T 双绞线 100m
易于维护 RJ-45
IEEE 802.3标准及以太网
内容
IEEE 802.3标准概述 IEEE 802.3的电缆与标准 IEEE 802.3的其他设备 帧结构 最短帧长问题 二进制指数后退算法
§1 IEEE 802.3标准概述
802.3协议使用于1-持续的CSMA/CD局域 网。
以太网使用CSMA/CD技术、采用总线结 构
即：在数据字段长度为0时 两个地址（12字节）+ 长度（2个字节）+ 填充字节+校 验和（4个字节）= 64 18字节+ 填充字节 = 64
填充字节 = 46
所以填充字节为：0 ~ 46字节
§5 最短帧长问题
为什么帧的最短长度为64个字节？ 为了确认发送帧是否正确到达终点，必须保证可能的冲突信号 返回时帧的发送尚未结束，如在2 内没有冲突信号返回，则 发送成功，如果发送端在2时间内发送帧已经发送结束，则无 法检测冲突，即最短帧长应与2相当
交互问题
二进制指数后退算法的最终效果是，让 随着冲突次数的增加，站点再发生冲突 的概率____。（ ） A.不变 B.增加 C.减少
谢谢
随机数的最大值是1023（即第10次冲突之后）
算法举例
在一个时隙的起始处，两个CSMA/CD站点同 ❖ 第一时次发竞争送冲一突的个概帧率为。1=求1/2前0；4次竞争都冲突的概率。
❖ 第二次竞争，即第一次冲突后，A、B都将在等待0个或1个时隙之间选择， 选择的组合有：00、01、10、11，共4种，其中00和11将再次冲突，所以第 二次竞争时，冲突的概率为0.5=1/21
即[0, 2i-1]或[0, 2i)
§6 二进制指数后退算法
发送方在检测到冲突后，双方（或多方）都将 延时一段时间，所谓一段时间到底是多长?
冲突检测到后，时间被分成离散的时隙
时隙的长度等于信号在介质上来回的传播时间 （51.2s ）
一般地，经i次冲突后，发送站点需等待的时隙 数将从0 ~ 2i - 1中随机选择
10Base-F 光纤
2km
用于楼间 ST
粗缆以太网（10BASE5）
收发器
粗缆
终止器
终止器
AUI电缆
细缆以太网(10BASE2)
细缆 BNC连接器
终止器
双绞线以太网(10BASE-T)
HUB
双绞线
RJ-45
§3 802.3的其他设备
集线器（HUB）：目前很常用。形成星形连 接，但其本质是总线结构
51.2μs×10M=512bit
在极限条件下，802.3局域网中两个收发器间（允许接4个中继器） 的最大距离为2500 m，往返5000 m，同轴电缆的时延特性为5 s/km（相当于电磁波以2/3的光速在电缆上传播），即如遇冲突， 端到端并返回的时延为25 s。然而，这是理想的时延，考虑到中 继器的额外时延，最坏的情况下取估计时延为45 s，再加上强化 冲突需发送48 bit，接收方要接收到48 bit后才确认冲突，即再增 加4.8 s，共49.8 s，所以通常以太网取51.2 s为争用期的时间 长度（传输512 bit，即64字节的时间），即帧的长度至少为64个 字节
址。 在6个字节（共48位）的地址中有46位用于地址的指定，
即有246＝7.03687x1013个地址 网卡地址是一个IEEE分配的全球唯一的地址
如：44-45-53-54-00-00
数据字段长度和校验和
指明数据的字节数，数据字段长度 允许为0
4个字节共32位的CRC码
填充字段
为保证帧的最短长度为64个字节