以太网简单介绍
工业以太网
最近刚刚发布的IEEE 802.3af标准中，对Ethernet的总线供电 规范也进行了定义。此外，在实际应用中，主干网可采用光纤传输， 现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对于重要的网段还可采用冗 余网络技术，以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。 9.1.3几种典型的工业以太网简介 以下介绍几种典型的工业以太网： 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织 (FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整 合构成信息集成开放的体系结构。
工业以太网数据传输和管理的一个典型技术是，在应用层和传 输层之间增加中间件，对数据通讯进行管理和控制。
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3．稳定性与可靠性
Ethernet进入工业控制领域的另一个主要问题是，它所用的接 插件、集线器、交换机和线缆等均是为商用领域设计的，而未针对 较恶劣的工业现场环境来设计。
随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。为了解决 在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定工作的问题， 美国Synergetic微系统公司和德国Hirschmann、Jetter AG等公司 专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DIN导 轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。
FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义， HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义 了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规 定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理 （SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要 适当增加了一些功能，但这些增加的功能可以在标准的Ethernet结 构框架内无缝地进行操作，因而FF HSE总线可以使用当前流行的商 用以太网设备。
计算机网络技术04 以太网基础
网络技术专业学科带头
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人
（2）交换式以太网的优点
交换式以太网采用与传统的共享式以太网相同的介 质访问控制方法（CSMA/CD）、帧格式、包长度、 差错检测和控制、信息管理和控制。
网络技术专业学科带头
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人
·1000Base-SX：采用直径50um或62.5um的多模光纤，传 输距离为220-550m。
·1000Base-LX：采用直径9um或10um的单模光纤，传输 距离可达3km。
·1000Base-T：与10Base-T、100Base-TX完全兼容，可保护
用户在5类UTP布线系统上的投网资络技。术专业学科带头
（3）千兆以太网
千兆以太网（Gigabit Ethernet）技术包括IEEE802.3z和IEEE 802.3ab两个标准，IEEE802.3z规定了光纤和短距离铜缆连接 标准，IEEE802.3ab规定了5类双绞线连接标准。
千兆以太网术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，可 兼容10M或100M以太网。升级到千兆以太网不必改变网络应 用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地保护投 资。为了减少64Bytes长数据帧之间的碰撞，千兆以太网支持 的传输距离更短。
·10GBASE-ER和10GBASE-EW：主要支持超长 波单模光纤，最大传输距离40km。
·10GBASE-LX4：采用波分复用技术，在单对光
缆上以四倍光波长发送信号，设计目标是针对300m
的多模光纤模式或10km的网单络技模术专光业学纤科带模头 式。
以太网 ppt课件
t=
B B 检测到发生碰撞
IP 数据报 46 ~ 1500
数据
IP 层
4 FCS MAC 层
MAC 帧
物理层
以太网 V2 的 MAC 帧格式
当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。
FCS 字段 4 字节
字节 6
6
目的地址 源地址
2 类型
IP 数据报 46 ~ 1500
数据
IP 层
A 不接受
只有 D 接受 B 发送的数据
B
B向 D 发送数据
C 不接受
D 接受
E 不接受
以太网的广播方式发送
总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发 送的数据信号。
由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的 地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。
其他所有的计算机（A, C 和 E）都检测到不是 发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧 而不能够收下来。
具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。
为了通信的简便 以太网采取了两种重要的措施
采用较为灵活的无连接的工作方式，即 不必先建立连接就可以直接发送数据。
以太网对发送的数据帧不进行编号，也 不要求对方发回确认。
这样做的理由是局域网信道的质量很好，因 信道质量产生差错的概率是很小的。
以太网提供的服务
无连接: 在发送和接收适配器之间没有握手 不可靠: 接收适配器不向发送适配器发送应答
或否定应答
传送给网络层的数据报流可能有丢包 如果应用程序使用TCP，将能弥补丢包 否则，应用程序将发现丢包
以太网的MAC协议：CSMA/CD
从总线拓扑到星型拓扑
直到20世纪90年代，总线拓扑流行 后来，星型的集线器 目前星型的交换机
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
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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。
了解计算机网络LANWANWiFi和以太网的区别
了解计算机网络LANWANWiFi和以太网的区别了解计算机网络LAN、WAN、WiFi和以太网的区别计算机网络是现代社会不可或缺的一部分，它连接着世界各地的计算机和其他设备，让人们能够方便地进行信息交流和资源共享。
在计算机网络中，LAN、WAN、WiFi和以太网是常见的网络类型。
尽管它们都有着相似的目标，但它们在范围、传输介质和应用领域上都存在差异。
本文将详细介绍LAN、WAN、WiFi和以太网之间的区别。
一、局域网（LAN）局域网（Local Area Network，简称LAN）是在有限的地理范围内（通常在同一建筑物或办公室内）连接起来的计算机和其他设备的组合。
LAN通过局域网线缆（如以太网电缆）或无线局域网技术（如WiFi）来进行数据传输。
由于其较小的范围和高速传输特性，LAN适用于家庭、办公室和学校等小型网络环境。
LAN的主要特点包括：1. 小范围：LAN通常仅覆盖一个建筑物或办公室，连接的设备数量相对较少。
2. 高传输速度：由于连接的设备数量有限，数据传输速度相对较快。
3. 简单维护：LAN的拓扑结构相对简单，易于安装和维护。
二、广域网（WAN）广域网（Wide Area Network，简称WAN）是联接起来跨越较大地理范围的计算机和其他设备的网络。
相较于LAN，WAN覆盖的范围更广，可以跨越城市、国家甚至是全球。
WAN使用了各种传输介质，如电话线、光纤、卫星和无线电波，来实现远程通信。
企业机构、学术机构和政府机关常常使用WAN进行远程办公和资源共享。
WAN的主要特点包括：1. 大范围：WAN可以覆盖大片地域，连接来自不同地理位置的设备。
2. 低传输速度：由于跨越较大的地理范围，数据传输速度相对较慢。
3. 复杂维护：WAN的拓扑结构较复杂，需要更多的网络设备和技术来保证网络的稳定运行。
三、无线局域网（WiFi）无线局域网（Wireless Fidelity，简称WiFi）是一种基于无线通信技术实现的局域网。
1以太网介绍及工作原理
以太网的解释以太网(EtherNet)以太网最早由Xerox（施乐）公司创建，在1980年，DEC、lntel和Xerox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ARCNET。
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(Robert Metcalfe)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ARCNET，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。
Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。
受到此结论的影响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3Com才有机会从销售以太网网卡大赚。
以太网技术概述
端口1
......
MAC地址
所在端口 1 1 2 2
MACA MACB MACC MACD
透明网桥采用这种路由表作为数据包传输转发的基础。 当透明网桥从其中的一个端口接收到一个数据包时， 它根据数据包的目的地址查找路由表，如果路由表中 存在有目的地址和网桥中某个端口的对应关系，数据 包将通过相应的端口被转发出去，否则，数据包将通 过除接收端口外的所有其它端口被转发出去。
以太网技术概述
以太网技术发展历程
以太网起源（原始社会） HUB出现（奴隶社会） L2出现（封建社会） VLAN出现（资本主义社会） L3出现（社会主义社会） GE/10GE 出现（未来社会）
社会在进步，时代在前进！我们勇往直前！！！
培训内容
以太网起源（原始社会） HUB出现（奴隶社会） L2出现（封建社会） VLAN出现（资本主义社会） L3出现（社会主义社会） GE/10GE 出现（未来社会）
MAC地址举例：00-e0-fc-39-80-34 如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。 如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。
0000000 1 10111011 00111010 10111010 10111110 10101000
第8位是1，表示该地址是组播地址
以太网的MAC地址
•
最小帧长与最大传输距离
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。
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OSI七层协议 七层协议
使网络的不同层次分担起不同的职责 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次， 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次， 便于查找和纠错 在各层分别定义标准接口， 在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互 操作，各层之间则相对独立， 操作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行 能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行，不需 能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行， 对整个网络动大手术
以太网原理
讲师 汪卫章
北京华环电子股份有限公司
Beijing Huahuan Electronics Co.,Ltd.
主要内容
以太网基本概念 Port trunking, LACP VLAN,三层交换，QINQ 三层交换， 三层交换 STP，RSTP，MSTP ， ， 电信级以太网， 电信级以太网，OAM QOS
IEEE802.1Q标准 标准
• IEEE802.1Q使用 使用4Byte的标记头来定义 的标记头来定义Tag（标记）； 使用 的标记头来定义 （标记）； • Tag头中包括 头中包括2Byte的VPID（VLAN Protocol Identifier） 的 （ ） 头中包括 和2Byte的VCI（VLAN Control Information）。 的 （ ）。
交换机2 交换机2
DES SRC FCS
MAC地址 地址 MACA MACB MACC MACD
所在端口 1 1 2 2
基于目的地址转发
MAC地址 MACA MACB MACC MACD MACA 端口1 ...... MACD 所在端口 1 1 2 2
MACD
MACA 端口2
......
广播域
LAN
广播域
LAN
冲突域
SWITCH
LAN
VLAN技术 技术
1 广播帧 广播域
• VLAN （Virtual Local Area Network） ）
2
3
4 广播帧 广播域
•VLAN是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络。对应于OSI 的第二层网络。 是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络。对应于 的第二层网络。 是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络 •VLAN的划分不受网络端口的实际物理位置的限制。 的划分不受网络端口的实际物理位置的限制。 的划分不受网络端口的实际物理位置的限制 •VLAN 有着和普通物理网络同样的属性； 有着和普通物理网络同样的属性； •第二层的单播、广播和多播帧在一个 第二层的单播、 内转发、 第二层的单播 广播和多播帧在一个VLAN内转发、扩散，不会进入其他的 内转发 扩散， VLAN •VLAN只是分割广播域，不会改变广播、单播的实质。增加了广播域的个数， 只是分割广播域， 只是分割广播域 不会改变广播、单播的实质。增加了广播域的个数， 减少了广播域的大小。 减少了广播域的大小。 •不同 不同VLAN中的主机间通信相当于在不同 中的主机间通信相当于在不同LAN间通信需要通过路由器选择路 不同 中的主机间通信相当于在不同 间通信需要通过路由器选择路 或者是具有路由功能设备（三层交换机）， ），主机间不能够随意访问 由，或者是具有路由功能设备（三层交换机），主机间不能够随意访问
基于源地址学习
分段1 A PORT1 交换机 B 交换机典型应用 PORT2 分段2 C
D
注意： 注意： 多播情况下， 多播情况下 ， CAM表项的建立不 表项的建立不 是通过学习得到的， 而是通过IGMP窥 是通过学习得到的 ， 而是通过 窥 等协议获得的。 探，CGMP等协议获得的。 等协议获得的
交换机组网举例
以太网原理---CSMA/CD 以太网原理
CS：载波侦听。 ：载波侦听。
在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲， 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲 突的机会。 突的机会。
MA：多址访问。 ：多址访问。
每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
基于端口的静态VLAN 基于端口的静态
• 基于端口的静态 基于端口的静态VLAN是划分虚拟局域网最简单也是 是划分虚拟局域网最简单也是 最有效的方法，它实际上是某些交换机端口的集合， 最有效的方法，它实际上是某些交换机端口的集合， 网络管理员只需要管理和配置交换机端口，而不管交 网络管理员只需要管理和配置交换机端口， 换机端口连接什么设备； 换机端口连接什么设备； • 这种划分 这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的端口来 的方法是根据以太网交换机的端口来 划分的，是目前业界定义 最广泛的方法； 划分的，是目前业界定义VLAN最广泛的方法； 最广泛的方法 • IEEE802.1Q规定了这种划分 规定了这种划分VLAN的国际标准。 的国际标准。 规定了这种划分 的国际标准
LACP协议 协议
LACP的基本原理 的基本原理
LCAP特点 特点
LACP负载分担 负载分担
3. VLAN，三层交换，QINQ VLAN，三层交换，
全双工和L2交换机的缺点 全双工和 交换机的缺点
全双工和L2带来了以太网两次重大飞跃，彻底解决了困 全双工和 带来了以太网两次重大飞跃， 带来了以太网两次重大飞跃 扰以太网的冲突问题，极大的改进了以太网的性能。 扰以太网的冲突问题，极大的改进了以太网的性能。并且 以太网的安全性也有所提高。但以太网存在如下缺点： 以太网的安全性也有所提高。但以太网存在如下缺点： 广播泛滥 安全性仍旧无法得到有效的保证 其中广播泛滥严重是L2以太网的主要缺点 其中广播泛滥严重是 以太网的主要缺点
1.M A C地址有 8位，但它通常被表示为 位的点分十六进制数。 地址有4 位的点分十六进制数。 地址有 位 但它通常被表示为12位的点分十六进制数 2.M A C地址全球唯一，由 I E E E对这些地址进行管理和分配。每个 地址全球唯一， 对这些地址进行管理和分配。 地址全球唯一 对这些地址进行管理和分配 地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前 位二 地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前2 4位二 进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。 位由厂商自己分配。 进制代表该供应商代码。剩下的 位由厂商自己分配 3.如果 位全是 ，则表明该地址是广播地址。 如果48位全是 则表明该地址是广播地址。 如果 位全是1， 4.如果第 位是 ，则表示该地址是组播地址。 如果第8位是 则表示该地址是组播地址。 如果第 位是1，
VLAN划分方法 划分方法
• 基于端口的 基于端口的VLAN（Port-Based） （ ） • 基于协议的VLAN（Protocol-Based） 基于协议的 （ ） • 基于MAC层分组的 层分组的VLAN（MAC-Layer Grouping） 基于 层分组的 （ ） • 基于网络层分组的 基于网络层分组的VLAN（Network-Layer Grouping） （ ） • 基于 组播分组的VLAN（IP Multicast Grouping） 基于IP组播分组的 组播分组的 （ ） • 基于策略的 基于策略的VLAN（Policy-Based） （ ）
以太网帧结构
DMAC
SMAC
Length/T
DATA/PAD
FCS
Length/Type值 值
含义
Ethernet_II 802.3
Length/T > 1500
代表了该帧的类型 代表了该帧的长度
Length/T <= 1500
以太网的MAC地址 地址 以太网的 00.e0.fc.39.80.34
冲突域
LAN LAN
冲突域
冲突域
冲突域
L2对所接收到的数据帧根据 对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲突 地址进行二层转发， 对所接收到的数据帧根据 地址进行二层转发 域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。 域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。
2. Port Trunking，LACP ，
CD：冲突检测。 ：冲突检测。
边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个 边发送边检测，发现冲突就停止发送， 随机时间之后继续发送。 随机时间之后继续发送。
二层交换机原理
1. 接收网段上的所有数据帧； 接收网段上的所有数据帧； 2. 利用接收数据帧中的源 利用接收数据帧中的源MAC地址来建立 地址来建立MAC地址表（源 地址表（ 地址来建立 地址表 地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护； 地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护； ），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 地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找 地址， 地址表中查找数据帧中的目的 地址 到就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口） 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） 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）。 向所有端口转发广播帧和多播帧（不包括源端口）
目的MAC
6字节
源MAC
6字节
长度/类型
2字节
DATA
46～1500字节
FCS
4字节
以太网帧格式 目的MAC 源MAC VPID VCI Type DAT 3b CFT 1b 802.1帧格式
VID 12b
帧标记的工作原理
交换机1 交换机1
DES SRC FCS DES SRC SRC Data FCS DES
广播域
广播域是指网段上所有设备的集合， 广播域是指网段上所有设备的集合，这些设备收听该网 络中所有的广播。当网络中一台主机发送广播时， 络中所有的广播。当网络中一台主机发送广播时，网络 上的每个设备必须收听并且处理此广播， 上的每个设备必须收听并且处理此广播，即使这个广播 对接收它的设备没有任何的帮助! 对接收它的设备没有任何的帮助! 广播的特征除了传播范围面向所有设备外， 广播的特征除了传播范围面向所有设备外，强制性也是 它的特征。 它的特征。