以太网物理层标准标识方法
计算机三级《网络技术》基础知识：以太网
计算机三级《网络技术》基础知识：以太网2015计算机三级《网络技术》基础知识：以太网1.以太网的发展1976年7月，Bob在ALOHA网络的基础上，提出总线型局域网的设计思想，并提出冲突检测、载波侦听与随机后退延迟算法，将这种局域网命名为以太网(Ethernet)。
以太网的核心技术是：介质访问控制方法CDMA/CD.这种方法解决了多结点共享公用总线的问题。
早期以太网的传输介质是同轴电缆，后用双绞线，再后用光纤。
2.以太网的帧结构与工作流程(1)以太网数据发送流程冲突：多个站点同时利用总线发送数据，导致数据接收不正确。
总线网没有控制中心，如果一个站点发送数据帧，以广播方式通过总线发送，每一个站点都能收到数据帧，其它站点也可以同时发送，因此冲突不可避免。
CSMA/CD发送流程可简单概括为：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。
实现公共传输介质的控制策略，需要解决的问题是：载波侦听，冲突检测，冲突后的处理方法。
(a)载波侦听结点利用总线发送数据时，首先侦听总线是否空闲，以太网规定发送数据采用曼彻斯特编码。
判断总线是否空闲可以判断总线上是否有电平跳变。
不发生跳变总线空闲。
此时如果有结点已准备好发送数据，可以启动发送。
(b)冲突检测方法载波侦听不能完全消除冲突，原因是数字信号是以一定的速率传输的。
例如：结点A发送数据帧时，离他1000m距离的结点在一定的时间延迟后才能收到数据帧，此时间段内如果B也发送数据，造成冲突。
从物理层上看，冲突时多个信号叠加，导致波形不同于任何结点的波形信号。
解决方案：结点A发送数据前，先发送侦听信号，如果侦听信号在最大距离传输时间2倍时，没有冲突信号出现，结点A肯定取得总线的访问权。
冲突信号的延迟时间=2*D/V。
其中：D是结点到最远结点的距离，V表示信号传输速度，信号往返的时间为延迟时间。
进行冲突检测的方法有两种：比较法和编码违例法。
比较法：将发送信号波形与从总线上接收的信号比较，如果不同说明有冲突。
详尽的IEEE802标准
IEEE802协议集介绍(802.1 〜802.21 )1980 年 2 月成立 IEEE802 委员会（ IEEE - Institute of Electrical and lectronics Engineers INC ， 即电器和电子工程师协会） 。
该委员会制定了一系列局域网标准，称为 IEEE802 标准。
按 IEEE802 标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层（MAC-Media Access Control ）和逻辑链路子 层 LLC （Logical Link Control ） 组成。
IEEE 委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE802 标准。
IEEE802.1 — 局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联IEEE802.2 — 逻辑链路控制 LLCIEEE802.3 — CSMA/C 胡问方法和物理层规范，主要包括如下几个标准：IEEE802.3 — CSMA/CD 介质访问控制标准和物理层规范：定义了四种不同介质10Mbps 以太网 规范 ： 10BASE2、10BASE5、 10BASET 、10BASEFIEEE802.3U — 100Mbps 快速以太网标准，现已合并到802.3中 IEEE802.3z — 光纤介质千兆以太网标准规范IEEE802.3ab — 传输距离为 100米的 5类无屏蔽双绞线介质千兆以太网标准规范IEEE802.4—Token Passing BUS （令牌总线）IEEE802.5—Token Ring （令牌环）访问方法和物理层规范IEEE802.6 —城域网访问方法和物理层规范IEEE802.7 —宽带技术咨询和物理层课题与建议实施IEEE802.8 —光纤技术咨询和物理层课题IEEE802.9 —综合声音/数据服务的访问方法和物理层规范IEEE802.10 —安全与加密访问方法和物理层规范IEEE802.11 —无线局域网访问方法和物理层规范，包括：IEEE802.11a 、IEEE802.11b 、 IEEE802.11c 和 IEEE802.11q 标准。
以太网详解
以太网详解1.以太网是什么?以太网(Ethernet)最早是由Xerox(施乐)公司创建的局域网组网规范，1980年DEC、Intel和Xeox三家公司联合开发了初版Ethernet规范—DIX 1.0，1982年这三家公司又推出了修改版本DIX 2.0，并将其提交给EEE 802工作组，经IEEEE成员修改并通过后，成为IEEE的正式标准，并编号为IEEE 802.3。
虽然Ethernet规范和IEEE 802.3规范并不完全相同，但一般认为Ethernet和正IEEE 802.3是兼容的。
以太网是应用最广泛的局域网技术。
根据传输速率的不同，以太网分为标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbis)千兆以太网(1000Mbs)和万兆以太网(10Gbit/s)，这些以太网都符合IEEE 802.3是兼容的。
2、标准以太网标准以太网是最早期的以太网，其传输速率为10Mbts，也称为传统以太网。
此种以太网的组网方式非常灵活，既可以使用粗、细缆组成总线网络，也可以使用双绞线组成星状网络，还可以同时使用同轴电缆和双绞线组成混合网络。
这些网络都符合EE8023标准，EEE8023中规定的一些传统以太网物理层标准如下。
①10 Base-2：使用细同轴电缆，最大网段长度为185m。
②10 Base-5：使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m。
③10 Base-T：使用双纹线，最大网段长度为100m。
④10 Boad-36：使用同轴电缆，最大网段长度为3600m。
⑤10 Base-F：使用光纤，最大网段长度为2000m，传输速率为10Mb/s。
以土标准中首部的数字代表传输速率，单位为Mbis;末尾的数字代表单段网线长度(基准单位为100m);Base表示基带传输，Broad表示宽带传输。
3、快速以太网随着网络的发展和各项网络技术的普及，标准以太网技术已难以满足人们对网络数据流量和速率的需求。
1993年10月以前，人们只能选择价格昂贵、基于100Mbs光缆的FDD技术组建高标准网络，1993年10月，Grand Junction 公司推出了世界上第一台快速以太网集线器FastSwitch10/100和百兆网络接口卡Fast NIC 100，快速以太网技术正式得到应用。
IEEE802.3物理层标准
10Base5
介质 粗缆 细缆 双绞线 光纤 75欧姆 电缆
最大区间长度 500m 185m 100m 2000m 3600m
节点树/段 100 30 1024 1024
拓扑结构 总线型 总线型 星形 星形 树形
接口
优点 用于主干 廉价 容易维护 距离较远 宽带系统
AUI BNC RJ-45 ST1 AUI
• 无效的帧
– 帧的长度与长度字节给出的值不一致； – 帧的长度小于规定的最短长度； – 帧的长度不是整数字节； –接收到的帧的校验和出错
将无效的帧丢弃！！
4.3.2 IEEE802.3物理层标准
由IEEE定义的以太网标准有几个不同的变种。 差别表现在：介质；网段的最大长度；网段上的 站点数目；数据速率。
协议复杂，轻负载时效 率低。
IEEE 02.5
发送时延确定，可设置优先级，重负 协议复杂，轻负载时效 载时效率高，可以使用多种传输介质。 率低，限制最大帧长度。
802.3
• 优点
– 使用无源电缆； – 使用最为广泛； – 轻负载时，延迟为0。 – 算法简单； – 站点可以在网络运行中安装；
• 缺点
• 优缺点比较
协议
IEEE 802.3
优点
协议简单、站点接入和安装方便，使
缺点
发送的时延不确定，重 负载时效率低，限制最 用广泛。低负载情况效率高，延迟小。 小帧长，无优先级设置。 发送时延确定，不限制最小帧长，可 设置优先级，重负载时效率高，支持 多个信道，可传输数据、语音和图像 等多种信号。
IEEE 802.4
10BASE-F：以光纤作为介质的系统的规范。每条 传输线路均使用一条光纤，每条光纤采用曼切斯特 编码传输一个方向上的信号。包含三个标准： 10BASE-FP（Passive，无源的） 10BASE-FL（Link， 链路） 10BASE-FB（Backbone，主干）
以太网
4.2.2 网络接口和传输媒介
1 、物理层 规 范
IEEE 802.3 规定 了以太网的 MAC 层和物理层，其中物理层 规定 了其 接口特 性 和传输媒介，其 规 范 名称 的简 写格 式包括 三 部 分 ： 传输速率（ Mbps ） + 信号方式（基带 还 是 频 带） + 传输距离（ 或 介 质类 型）
第 4章 局域网
以太网标准： IEEE802.3
引出：回头看看 4 号 楼 办 公 网 集线器 402 403 404 405 406 楼层接入交换机 万 里 校 园 网
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306 大楼出口交换 机
楼层接入交换机 201 202 203 204 205 206
hub
stations
hub
station
Switch
Server farm
4.1.1 局域网的标准与参考模型
局域网的数据链路层：
• 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准， IEEE802 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 LLC 子层 – 媒体接入控制 MAC 子层。
C
a （D c） a 面（ 向 c） 连面 接
4.1.3
局域网的拓扑结构
集线器
星形网
总线网
匹配电阻
干线耦合器
环形网
树形网
以太网是最常用最常见的局域网技 术
4.2 以太网： IEEE802.3
4.2.1 以太网的 发展历史
• 最 早 的采用共享媒体的 争 用型网络 ALOHA • 70 年代 中期 由 Xerox Palo Alto 研究中 心提 出，数据率为 2.94M ， 称 为 Ethernet （以太网）。 • 经 DEC, Intel and Xerox 公 司改 进为 10M 标准 (DIX 标准 ) 。 • 1985 年定名 为 IEEE 802.3 ， 即 使用 CAMA/CD 协议的 LAN 标 准，数 据率 从 1M 到 10M ( 现 已发展到 1000M) ， 支持 多种传输媒体 。
计算机学科专业基础综合计算机网络-数据链路层(四)
计算机学科专业基础综合计算机网络-数据链路层(四)(总分：66.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}单项选择题{{/B}}(总题数：51，分数：51.00)1.以太网的MAC协议提供的是______。
∙ A.无连接的不可靠的服务∙ B.无连接的可靠的服务∙ C.有连接的可靠的服务∙ D.有连接的不可靠的服务（分数：1.00）A. √B.C.D.解析：考虑到局域网信道质量好，以太网采取了两项重要的措施以使通信更简便：①采用无连接的工作方式；②不对发送的数据帧进行编号，也不要求对方发回确认。
因此，以太网提供的服务是不可靠的服务，即尽最大努力的交付。
差错的纠正由高层完成。
2.以下关于以太网的说法中，正确的是______。
∙ A.以太网的物理拓扑是总线型结构∙ B.以太网提供有确认的无连接服务∙ C.以太网参考模型一般只包括物理层和数据链路层∙ D.以太网必须使用CSMA/CD协议（分数：1.00）A.B.C. √D.解析：以太网的逻辑拓扑是总线型结构，物理拓扑是星形或拓展星形结构，因此A错误。
以太网采用两项措施简化通信：采用无连接的工作方式；不对发送的数据帧编号，也不要求接收方发送确认，因此B错误。
从相关层次看，局域网仅工作在OSI的物理层和数据链路层，而广域网工作在OSI的下三层，而以太网是局域网的一种实现形式，因此C正确。
只有当以太网工作于半双工方式下才需要CSMA/CD协议来应对冲突问题，速度小于或等于1Gb/s的以太网可以工作于半双工或全双工，而速度大于或等于10Gb/s的以太网只工作在全双工方式下，因此没有争用问题，不使用CSMA/CD协议，因此D错误。
3.下列以太网中，采用双绞线作为传输介质的是______。
∙ A.10BASE-2∙ B.10BASE-5∙ C.10BASE-T∙ D.10BASE-F（分数：1.00）A.B.C. √D.解析：这里的BASE前面的数字代表数据率，单位为Mb/s；“BASE”指介质上的信号为基带信号(即基带传输，采用曼彻斯特编码)；后面的5或2表示每段电缆的最长长度为500m或200m(实际为185m)，T表示双绞线，F表示光纤。
以太网
Dest.
Src. Len
address (6B) Address (6B) (2B)
数据字段 (LLC)
Pad
FCS (4 B)
10
以太网
目的地址 (6B)
源地址 Len
Data field
(6B) (2B) (Logical link control)
Pad
FCS (4 B)
3) 两个地址 § 目的地址和源地址都允许为2字节或6字节，但在
以太网
一、 IEEE 802.3标准及以太网
§ 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
以太网的发展简史
ü 1980年9月提出以太网蓝皮书，DIX以太网1.0规范
ü 1981年6月IEEE802.3委员会成立
ü 1983年推出IEEE 10BASE-5规范
01-80-C2-00-00-00
5
以太网
三、以太网（Ethernet）特点
§ 占统治地位的有线局域网 § 第一个广泛使用的局域网形式 § 比令牌网、 ATM更简便且价廉 § 网速覆盖了10 Mbps – 10 Gbps
Metcalfe提出的 以太网草稿
6
以太网
1. 不可靠、无连接的服务 § 无连接：收发双方之间不存在握手协议 § 不可靠：接收方不发送确认或否认信息
1) 前导字段
§ 7个字节的10101010，实际上下一个字符也是前导字段， 只是最后的两位为1，表示紧接着的是真正的MAC帧
§ 7个字节的10101010的曼切斯特编码将产生10MHz，持 续5. 6 s的方波，周期为0.1s，可用于时钟同步
2) 数据字段长度和校验和
局域网基础---局域网的讲解和研究
局域网的数据链路层
按功能划分为两个子层：LLC和MAC 功能分解的目的：
• 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分 分开，以适应不同的传输介质。
• 解决共享信道(如总线)的介质访问控制问题，使 帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。
LLC： 与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑相关。
6
IEEE802体系结构示意图
8
802.1D Bridge
0 2
802.2 LLC
LLC
体
系 结 构
802.3 CSMA/CD
802.4 Token
Bus
802.5 Token Ring
802.6 802.8 DQDB FDDI
……
MAC PHY
网际互联 数据链路层 物理层
数据链路层在不同的子标准中定义
特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CD、同轴电缆
• 1985年被采纳为IEEE 802.3，支持多种传输媒体。
“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范”
• Ethernet II和IEEE 802.3二者区别很小
仅是帧格式和支持的传输介质略有不同
• 目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展 …
25
IEEE 802.3 以太网标准（主要的）
传统以太网：10Mb/s
• 802.3 —— 粗同轴电缆
• 802.3a —— 细同轴电缆
• 802.3i —— 双绞线
• 802.3j —— 光纤
快速以太网（FE）：100Mb/s
• 802.3u ——双绞线，光纤
千兆以太网（GE）：1000Mb/s（1Gb/s）
• 802.3z —— 屏蔽短双绞线、光纤
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长度减小到 100 m。 帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的
0100BASE-TX
使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。
100BASE-FX
使用 2 对光纤。
100BASE-T4
使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。
• 100Base-F MMF/SMF
• 1000Base-X STP/MMF/SMF
• 1000Base-T UTP
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2
100BASE-T 以太网的特点
可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此， 不使用 CSMA/CD 协议。
MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。 保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆
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吉比特以太网的物理层
1000BASE-X 基于光纤通道的物理层：
1000BASE-SX SX表示短波长 1000BASE-LX LX表示长波长 1000BASE-CX CX表示铜线
1000BASE-T
使用 4对 5 类线 UTP
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以太网物理层标准标识方法
10 Base 5
速率（Mb/s）
基带或宽带
每段最大长度（单位:百米）或
Base，Broad 介质类型（T，F，X）
传统以太网
• 10Base5 轴
• 10Base2 轴
• 10Base-T
• 10Base-F MMF
粗同 细同 UTP
快速以太网和千兆以太网
• 100Base-T UTP
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3.5.2 吉比特以太网
允许在 1 Gb/s 下全双工和半双工两种方 式工作。
使用 802.3 协议规定的帧格式。 在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议
（全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协 议）。 与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后 兼容。
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3.5 高速以太网
3.5.1 100BASE-T 以太网
速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高 速以太网。
在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型 拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为 快速以太网(Fast Ethernet)。