以太网定义与传输方式
以太网数据传输原理是这样的，值得收藏
以太网数据传输原理是这样的，值得收藏首先我们来回顾一下路由的基本概念，什么是路由？所谓路由就是当一台路由器（或其他三层设备）收到一个IP数据包时，路由器查看IP数据包的IP头部，将IP头部中的目的IP地址拿到路由表中进行查找，找到匹配的条目后，依照条目所指示的下一跳IP地址及出接口信息将数据包进行转发。
从上面的描述我们可以看出几点信息：1.路由是基于数据包的IP头部中的目的IP地址进行查找的；2.查找的是路由表。
那么什么是以太网二层交换（switching）呢？为了将内网中的多台PC互联起来，使得PC之间能够以最简单的方式进行通信，我们往往会用一台接入层的交换机来连接PC，如下图：这时候我们说，连接在这台交换机上的PC，都属于一个LAN。
这些PC都拥有同一个网段的IP地址，同时也处于同一个广播域中，所谓的一个广播域，指的是一个广播数据帧所能泛洪的范围，举个简单的例子，那就是PC1发送一个广播帧，接在交换机上的所有的PC都会收到这个广播数据帧并且都要去分析这个报文（即使它可能并不需要这个数据并且最终将收到的数据帧丢弃，但check数据是否是发送给自己的这一过程仍然会消耗设备资源）。
现在我们来分析一下，PC1发送一个数据包给PC4时，都发生了什么。
1.PC1构造IP数据包，IP报文头部里的源IP地址为自己的IP也就是IP1，目的IP地址为IP2。
上述IP数据包为了能够在以太网环境中去传输，还需要封装上一个以太网的头部。
在以太网头部中源MAC地址为MAC1，目的MAC 地址为MAC2（这里我们暂且忽略ARP的过程）。
2.这个数据帧发送到了PC1所连接的交换机上。
我们知道路由器都维护一张路由表，用于数据的转发，而交换机在做数据交换的时候依据的是MAC地址表。
在初始情况下，交换机的MAC表是空的。
那么当交换机收到PC-A发送出来的这个数据帧时，它首先将数据帧的以太网头部中的源MAC地址学习到MAC地址表，并与收到该数据帧的接口及VLAN进行关联。
以太网简要教程
以太网简要教程一、概述通常我们所说的以太网主要是指以下三种不同的局域网技术:以太网/IEEE 802.3—采用同轴电缆作为网络媒体，传输速率达到10Mbps;100Mbps以太网—又称为快速以太网，采用双绞线作为网络媒体，传输速率达到100Mbps;1000Mbps以太网—又称为千兆以太网，采用光缆或双绞线作为网络媒体，传输速率达到1000Mbps(1Gbps)以太网以其高度灵活，相对简单，易于实现的特点，成为当今最重要的一种局域网建网技术。
虽然其它网络技术也曾经被认为可以取代以太网的地位，但是绝大多数的网络管理人员仍然把将以太网作为首选的网络解决方案。
为了使以太网更加完善，解决所面临的各种问题和局限，一些业界主导厂商和标准制定组织不断的对以太网规范做出修订和改进。
也许，有的人会认为以太网的扩展性能相对较差，但是以太网所采用的传输机制仍然是目前网络数据传输的重要基础。
二、以太网工作原理以太网是由Xeros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。
虽然以太网是由Xeros公司早在70年代最先研制成功，但是如今以太网一词更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。
以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。
以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel、和Xeros三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容。
太网结构示意图如下:以太网/IEEE 802.3通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。
以太网使用收发器与网络媒体进行连接。
收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。
收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端站连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。
以太网
成立刚一年的IEEE 802.3工作组发布10BASE-5“粗缆”以太网标准。该标准用于粗同轴电缆、速度为10M的基带局域网络，最大传输距离不超过500米。这是最早的以太网标准。
1995年：百兆标准出世 开启以太网规模应用时代
IEEE 802.3u ——100M以太网(快速以太网)标准通过。快速以太网与原来在100M带宽下工作的FDDI相比具有许多优点。最主要体现在其可以支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能够有效保障用户在现有布线基础实施上的投资。快速以太网开启了以太网大规模应用的新时代。
· 100BASE－TX：是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式，信号频率为125MHz。符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT 1类布线标准。使用同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。
2004年：同轴电缆万兆标准发布 开启短距、高速数据中心连接大门
IEEE 802.3ak——同轴电缆10G以太网标准颁布。802.3ak标准可以在同轴电缆上提供10G的速率，从而开启了短距离、高速度数据中心连接的大门。新标准为数据中心内相互距离不超过15米的以太网交换机和服务器集群提供了一个以10G速度互联的经济的方式。由于10G速率可以通过电口来实现，802.3ak标准对于交换机和服务器的集群提供了一个比光解决方案的成本低很多的解决办法，从而引发了10G产品价格的迅速下降。
2006年：非屏蔽双绞线万兆标准通过 万兆价格骤降
IEEE 802.3an 10GBASE-T—— 基于非屏蔽双绞线的10G以太网规范得以通过。10GBASE-T标准使得网络管理员在将网络扩展到10G的同时，能够沿用原来已布设的铜质电缆基础结构，并且让新装用户也可以利用铜质结构电缆的高性价比特点。由于10GBASE-T具有较大的端口密度和相对较低的元件成本，因此它有助于网络设备厂商大幅降低10G以太网互联的成本，这使需要更高带宽的应用最终成为可能。可以说，10GBASE-T对10G以太网的普及功不可没。
以太网Ethernet
一．以太网Ethernet●为什么叫以太网？“以太”是人们早期认为的一种电磁波的载体，看不见，摸不着。
后来经实验证实，这种介质是不存在的，但是这种叫法却延续了下来。
●以太网的特点：●典型拓朴：总线型、星型。
●常见拓朴：星型总线（如果用HUB实现，在逻辑上仍然是一种总线型工作模式，因为HUB会将收到的数据无条件的转发到每一个端口，所以其工作方式与总线型的没有区别）●信号传输：基带传输，基带传输时的信号类型是离散的数字信号。
●访问机制：CSMA/CD，带冲突检测的载波帧听多路访问。
●规范：IEEE 802.3●传输速度：10M bps或100M bps●线缆类型：粗缆、细缆、UTP、STP●10M bps IEEE 标准1．10Base2：10：10M Base：Base Band（基带）2：185米近似200米典型线缆：细缆连接器：BNC，T，Terminator（终结器）版权所有，不得用于其它培训目的。
最大传输距离：185米最短传输距离：0.5米每网段最多计算机台数：30台最大网络长度：925米遵循5-4-3规范2．10Base5：最大传输距离：500米连接器：收发器，AUI，Terminator（终结器）最大下行电缆长度：50米最短收发器间距：2.5米每网段最多计算机台数：100台最大网络长度：2500米遵循5-4-3规范版权所有，不得用于其它培训目的。
3．10BaseTT：twisted－pair（双绞线）典型线缆：UTP3、4、5类连接器：RJ-45最大传输距离：100米最短传输距离：2.5米遵循5-4-3规范4．100BaseX Ethernet（Fast Ethernet：快速以太网）应用广泛典型线缆：UTP5类访问机制：CSMA/CD典型拓朴：星型100BaseTx：UTP5类，使用2对线，其中第1对线路用于接收数据；第二对线路用于发送数据。
100Base FX：光纤十．中继器：中继器能够连接两段电缆，它在发送信号之前先增强信号。
以太网规范
以太网规范以太网（Ethernet）是一种广泛应用于计算机网络的局域网技术。
它是由Xerox、Digital和Intel在20世纪70年代合作开发的，并在20世纪80年代被标准化为IEEE 802.3。
以太网规范包括了物理层和数据链路层两个部分，它定义了网络的传输介质、数据传输的方式以及网络设备之间的通信规则。
在物理层方面，以太网规范定义了几种不同的传输介质，如双绞线、同轴电缆和光纤等。
其中，最常见和广泛使用的是双绞线。
以太网使用双绞线作为传输介质的优点是成本低廉、易于安装和维护，并且具有较高的传输速度和较低的信号损耗。
在数据链路层方面，以太网规范定义了帧的格式、地址的分配、数据的传输方式等。
以太网帧的格式由目的MAC地址、源MAC地址、类型字段和数据字段组成。
其中，MAC地址是用于唯一标识网络设备的物理地址。
以太网规范还定义了一种称为CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）的介质访问控制方式，用于避免多个设备同时访问网络介质而产生冲突。
以太网规范还规定了不同速率的以太网，包括10 Mbps的Ethernet、100 Mbps的Fast Ethernet和1000 Mbps的Gigabit Ethernet。
这些不同速率的以太网可以互操作，即可以在同一网络中同时使用。
不同速率的以太网主要通过改变传输介质的速率、电平和编码方式来实现。
以太网规范还定义了一些其他的技术，如虚拟局域网（VLAN）和链路聚合（Link Aggregation）。
虚拟局域网允许将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，提供更好的网络管理和安全性。
链路聚合允许将多个以太网链路绑定在一起，形成一个更高带宽的链路，提供更好的网络性能和冗余备份。
总体而言，以太网规范为计算机网络提供了一个灵活、可靠和高性能的局域网技术。
它的发展和标准化为互联网的发展做出了重要贡献，并且在现代网络中仍然得到广泛应用。
精品课件-现代通信网(郭娟)-第四章 以太网
2020/12/1
发送帧
CSMA/CD工作过程
装配帧
CSMA/CD含有两方面的 内容：载波侦听(CSMA)
Y 总线忙？ N
启动发送并检测冲突
和冲突检测(CD)。 四个步骤：
2020/12/1
MAC地址 网卡上的硬件地址可用来标志插有该网卡的计算机。 路由器上，网卡上的硬件地址可用来标志插有该网卡
的路由器的某个接口。 路由器由于至少同时连接到两个网络上，因此它至少
有两块网卡和两个硬件地址。
1A-24-F6-54路-1由B-器0E00-00-A2-A4-2C-02
1Gbit/s
1Gbit/s
1Gbit/s
10Gbit/s
通用名称
Xerox以太网 Ethernet I Ethernet II 10Base5(粗缆) 10Base2(细缆) 10BaseT 100BaseTX 100BaseFX
1000BaseSX
1000BaseLX
1000BaseT
10GbE
IEEE编号
DIX DIX 802.3 802.3 802.3 802.3u 802.3u 802.3z 802.3z 802.3ab 802.3ae
距离
? 500米 500米 500米
185米 100米 100米 400米
260米 550米 550米 5km
100米
65米 40公里
介质
同轴
同轴
同轴
2020/12/1
Ethernet 帧结构
发送方网络适配器将IP分组 (或其它网络层分组) 封装到 Ethernet 帧中。
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。
什么是以太网
它不是一种具体的网络，是一种技术规范。
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。
该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。
以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。
直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。
△以太网的连接拓扑结构:总线型：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。
早期以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴缆作为传输介质，连接简单，通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。
星型：管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。
采用专用的网络设备（如集线器或交换机）作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上，这就形成了星型结构。
星型网络虽然需要的线缆比总线型多，但布线和连接器比总线型的要便宜。
此外，星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模，因此得到了广泛的应用，被绝大部分的以太网所采用。
传输介质：以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。
其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接，而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。
同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。
接口的工作模式：以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。
半双工：半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。
传统的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数据。
当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的效率。
全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。
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• 帧内数据为46~1500字节。
• 所以帧总长度为：
64(18+46)~1518(18+1500)
5.2.1 以太网802.2帧格式
• 以太网802.2帧中包含一个8字节的前导信息， 用来同步，告诉网上的接收节点现在有数据 输入，并且指明数据从何时开始，帧的长度 不包含前导信息的字节长度。
• 1975年，Xerox公司研制出第一个以太网。 • 70年代末，DEC、Intel、Xerox三家公司联合
开发第二代以太网。制定了10Mbps标准V1.0， 又称为DIX规范。
• 1982年DEC、Intel、Xerox这三家公司公布了 V2.0版，于1993年以其为基础制定了 IEEE802.3标准，IEEE将IEEE802.3标准提交 给ISO，ISO采纳并经修订后制定了局域网标准。
• 以太网802.2帧格式:
前导信息 目标地址 源地址 长度
数据
帧校验序列
8字节 6字节 6字节 2字节 46~1500字节 4字节
• 以太网802.2帧中的源MAC地址和目的MAC 地址的长度均为6个字节。源地址表明此帧 的发送节点，即此帧来自何处；目的地址表 明此帧的接收节点，即此帧去往何方。
• 数据域长度小于46字节时，需要在数据域后面加 填充位。
• 为什么帧长度是64~1518字节？
• 最大冲突检测时间为51.2微秒，最短帧长为64 字节。以保证帧完全发送前能检测到冲突。
A
B
A
B
(1) 在0时刻开始发送
A
B
(2) 大约在 - ℇ时刻快要到达 B
A
B
(3) B 开始发送; 在 时刻 (4) 冲突信号在 2时刻到达A 发生冲突
物理层
项目
内容
访问方式
CSMA/CD
数据帧
帧长度可变
拓扑类型
总线型或星型结构
网络线
UTP或者同轴电缆
传输速率
10Mbit/s或100Mbit/s
网络线的最大距离 2.5km
最大节点数
1024
5.2 以太网的帧格式
5.2.1 以太网802.2帧格式 5.2.2 以太网802.3帧格式 5.2.3 以太网Ⅱ帧格式 5.2.4 以太网SNAP帧格式
• 802.2帧内还包含一个长度域，长度域占用 2个字节，表明的是帧内数据域的长度。
• 以太网802.2帧内的数据域除了包含从发送 节点发出的数据以外，还包含LLC的信息， 这个信息用来区别网络上的客户机。
•数据域内的LLC信息由3个域组成，分别是目标服 务访问点（DSAP）、源服务访问点（SSAP）、
•在发送方，数据从上层到下层的传输过程中层 层封装，到达数据链路层，以帧为单位传输。 •以太网有4种帧格式：802.2,802.3,以太网 Ⅱ格式和以太网SNAP格式。
• 每种帧格式的编码和解码方式互不相同，但都 有4个部分：源地址、目的地址、数据和差错 校验域。
• 流行的格式是以太网802.2和802.3帧格式。
5.2.4 以太网SNAP帧格式
前导信息 8字节
目标地址 6字节
源地址 6字节
长度 2字节
数据
46~1500 字节
帧校验序列 4字节
SNAP帧的数据域与802.2帧一样包含LLC信息和数据。
DSAP 2字节
SSAP 1字节
控制域 1字节
OUI 4字节
以太网类型 2字节
•组织ID域（OUI）表示802.2帧的网络类型。
• 符合IEEE802.3标准的以太网是一种总线型或 星型拓扑结构的局域网，它采用CSMA/CD访问 方式，是目前最流行的网络体系，它的功能与 OSI物理层和数据链路层所完全的数据通信的功 能一样，通常情况下传输速率为10Mbit/s或者 100Mbit/s路层
控制域，每个域的长度为1字节，总长为3个字节。
• 以太网802.2帧数据域中的内容:
DSAP 1字节
SSAP 1字节
控制域 1字节
数据
SAP指出了使用LLC协议的一个节点或进程。无 论源节点还是目标节点，每个节点都有一个SAP。 控制域则表明了必须建立LLC连接的类型：无应 答方式（无连接）或完全应答方式（面向连接）。
5.2.3 以太网Ⅱ帧格式
前导信息 目标地址 源地址 以太网类型 数据
帧校验
8字节 6字节 6字节 2字节
46~1500 序列
字节
4字节
• 以太网Ⅱ帧的类型域（2字节）表明了帧中 包含的上层协议的类别。 • 以太网Ⅱ帧中的数据域与以太网802.3帧一 样，只含有数据而没有LLC信息。 •用于TCP/IP、IPX/SPX等多种协议。
•类型域表示上层协议的类型。SNAP支持 TCP/IP、IPX/SPX、Apple Talk等协议。
5.3 以太网的访问控制机制
• 以太网规定数据域长度必须小于1500字节。
• 两个帧之间的最小时间间隔为9.6μs，欲发送 帧的节点必须等到总线空闲9.6μs后才能发送 数据。
• 帧校验序列域（FCS）被接收节点用来检测 接收到的帧是否与发送节点发送的帧相同。 发送节点和接收节点都采用循环冗余校验 算法（CRC）来产生一个帧校验序列域的 CRC值，这个值的长度为4字节。
以太网的定义和传输方式
本课内容
5.1 以太网概述 5.2 以太网的帧格式 5.3 以太网的访问控制机制 5.4 以太网的标准 5.5 以太网中的数据通信 5.6 以太网中的数据 5.7 以太网中信号的传输 5.8 以太网中数据的传输方式
5.1 以太网概述
• 20世纪60年代，开发了ALOHA方式的网络，后 来演变为CSMA/CD访问方式的网络。
5.2.2 以太网802.3帧格式
前导 帧定位 目标地址 源地址 长度 数据
帧校验
信息 符开始 6字节 6字节 1字节 46~1500 序列
7字节 1字节
字节
4字节
•802.3帧格式仅用于IPX/SPX。 •前导信息之后是帧开始定界符，表明帧从何开始。 •地址域中的内容定义与以太网802.2帧的相同。 •以太网802.3帧的长度域只占用1个字节。 •以太网802.3帧的数据域内只有数据，无LLC信息。 •以太网802.3帧的帧校验序列域的定义与以太网 802.3帧的定义相同。