以太网工作原理
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。
以太网交换机的工作原理及功能
以太网交换机是数据链路层的机器，是基于以太网传输数据的交换机，使用物理地址（MAC地址），48位，6字节。
其工作原理为：当接受到一个广播帧时，它会向除接受端口之外的所有端口转发。
当接受到一个单播帧时，检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，那么转发，如果不存在那么泛洪（广播），广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，那么丢弃，假设有主机相同，那么会将主机的MAC自动添加到其MAC地址表中。
交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。
每个端口如果有大量数据发送, 那么端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中,在轮到发送时再发送出去。
以太网交换机的应用非常广泛，在大大小小的局域网中都可以见到它们的身影。
例如丰润达系列以太网交换机，性能稳定，档次齐全，价格优势，应用最为普遍。
另外以太网交换机端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M、1000M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方式等。
以太网交换机的主要功能：
1、学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
2、转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧那么转发至所有端口）。
3、消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议防止回路的产生，同时允许存在后备路径。
以太网电缆的工作原理是
以太网电缆的工作原理是
以太网电缆是一种常用的局域网传输介质，其工作原理是通过传输数据信号来实现计算机之间的通信。
以下是以太网电缆的工作原理：
1. 数据传输：以太网电缆采用双绞线或光纤传输数据信号。
数据在发送端通过编码器被转换成电信号或光信号，然后通过电缆传输到接收端。
2. 数据帧：数据在传输前，会被划分成较小的数据包，称为数据帧。
每个数据帧包含了数据的源地址和目标地址，以及其他控制信息。
3. 帧封装：发送端将数据帧添加帧头和帧尾，形成完整的帧结构。
帧头包含了目标地址、源地址和其他控制信息，帧尾用于检测传输错误。
4. 冲突检测：以太网采用载波侦听多路访问/冲突检测
（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, CSMA/CD）技术，用于检测多个计算机同时发送数据引起的冲突。
5. 载波侦听：在发送数据前，计算机会先侦听电缆上是否有其他计算机正在传输数据。
如果电缆上无信号，则可以发送数据。
6. 冲突检测：如果多个计算机同时发送数据引发冲突，计算机会停止发送数据，并随机等待一段时间，然后再次尝试发送。
7. 数据接收：接收端通过解码器将接收到的电信号或光信号恢复为原始数据。
然后，根据数据帧中的目标地址判断该数据是否是自己需要的，如果是，则将数据传输到计算机系统进行处理。
8. 数据确认：接收端在成功接收到数据后，会发送确认信号给发送端，以保证数据的可靠传输。
以太网电缆工作原理的关键是数据的封装、传输和解封装过程，以及通过冲突检测技术实现多个计算机同时访问电缆的协调和控制，从而实现高效的数据通信。
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IP数据报 ARP请求/应答 RARP请求/应答
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802.3 帧结构
DMAC SMAC Length/T DATA/PAD
FCS
DSAP SSAP CTRL
ORG CODE
TYPE
1
1
1
3
2
0800
DATA
38～1492
IP数据报
0806 ARP请求/应答
8035 RARP请求/应答
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广播
源
发送给所有用户
用户A 用户B 用户C
Page5
组播
源
发送给部分用户
用户A 用户B 用户C
用户B与用户C属于同一个组播组
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冲突域与广播域
路由器
集线器
交换机
实线为广播域 虚线为冲突域
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传送方式
单工
数据方向
主机
显示器
半双工 工作站
时刻1的数据方向 时刻2的数据方向
工作站
Байду номын сангаас
所有时刻的数据方向
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
Hub的工作原理
1
IN
2
OUT
3
OUT
4
OUT
5
OUT
所有的HUB都是半双工的
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共享式以太网原理：CSMA/CD
CS（ Carrier Sense ）：载波侦听
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。
MA（ Multiple Access ）：多址访问
LLC子层
LLC子层除了定义传统的链路层服务之外，还增加了一些其他 有用的特性。这些特性由特定字段提供。
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目录
1. 数据通信的基础知识 2. 以太网链路层的分层结构 3. 以太网的帧格式 4. 共享式以太网 5. 交换式以太网 6. 本节自测题
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以太网帧结构
DMAC SMAC Length/T DATA/PAD
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目录
1. 数据通信的基础知识 2. 以太网链路层的分层结构 3. 以太网的帧格式 4. 共享式以太网 5. 交换式以太网 6. 本节自测题
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本节自测题
1、请说明Ethernet-II标准的帧格式。 2、请说明CSMA/CD算法的应用场景以及工作原理。 3、交换机的工作原理是什么？
Store-and-Forward（存储转发）
交换机接收完整的数据帧后开始转发过程 延迟取决于数据帧长度 交换机检测错误，错误的包将被丢弃
Fragment-free（分段过滤）
交换机接收完数据包的前64字节（一个最短帧长度），然后根 据头信息查表转发
交换机检查前64字节的错误，一旦发现错误将丢弃。
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基于源地址学习
分段1
A
PORT1
分段2
PORT2
C
D
B
交换机
交换机典型应用
MAC地址 MAC A MAC B MAC C MAC D
所在端口 1 1 2 2
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基于目的地址转发
MACD MACA
......
端口1
MAC地址 MACA MACB MACC MACD
所在端口 1 1 2 2
MACD MACA
......
端口2
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二层交换机原理
帧输入
单播
目的MAC地址
地址表查找
没有找到匹配条目
查找成功
广播 泛洪该帧（源端口除外）
转发该帧（源端口除外）
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三种交换模式
Cut-Through(快速交换)
交换机接收到前目的地址即开始转发过程 延迟小 交换机不检测错误
提供物理链路的访问 提供链路级的站点标识 提供链路级的数据传输
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以太网的MAC地址
24 bits
48 bits
24 bits
供应商代码
由供应商分配
例：00e0.fc39.8034
00e0.fc——IEEE为厂商分配的供应商代码(华为设备) 39.8034——由供应商按顺序分配
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目录
1. 数据通信的基础知识 2. 以太网链路层的分层结构 3. 以太网的帧格式 4. 共享式以太网 5. 交换式以太网 6. 本节自测题
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共享式以太网常见设备——Hub
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
HUB
物理层
物理层
注意：HUB仅仅是物理上的连接设备
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每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
CD（ Collision Detection ）：冲突检测
边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间 之后继续发送。
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共享式以太网的缺点
实际上网络中由HUB组建以太网实质是一种共享式以太网， 存在共享式以太网的所有缺陷：
冲突严重； 广播泛滥； 无任何安全性。
FCS
6
6
2
46～1500
4
Length/Type值
含义
Ethernet_II 802.3
Length/T > 1500
代表了该帧的类型
Length/T <= 1500 代表了该帧的长度
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Ethernet_Ⅱ 帧结构
DMAC SMAC Length/T DATA/PAD
FCS
0800 0806 8035
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目录
1. 数据通信的基础知识 2. 以太网链路层的分层结构 3. 以太网的帧格式 4. 共享式以太网 5. 交换式以太网 6. 本节自测题
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交换式以太网常用设备——交换机
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
二层交换机
链路层 物理层
链路层 物理层
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
全双工 工作站
工作站
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目录
1. 数据通信的基础知识 2. 以太网链路层的分层结构 3. 以太网的帧格式 4. 共享式以太网 5. 交换式以太网 6. 本节自测题
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MAC与LLC
网络层 数据链路层
物理层
LLC子层 MAC子层
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MAC子层
MAC（Media Access Control）子层负责完成下列任务：
以太网工作原理
前言
常见的以太网设备包括Hub、交换机等，他们的工作原理也是 不一样的。
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目录
1. 数据通信的基础知识 2. 以太网链路层的分层结构 3. 以太网的帧格式 4. 共享式以太网 5. 交换式以太网 6. 本节自测题
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单播
源
发送给A 发送给C
用户A 用户B 用户C
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