以太网基本原理分解
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。
以太网通信原理
以太网通信原理以太网通信原理是一种局域网技术，通过电缆连接计算机和其他网址设备，它是一种基于帧的通信方式。
以太网使用CSMA/CD（载波侦听多径访问/碰撞检测）协议来控制访问网络链路。
以太网中的每个设备都具有一个全球唯一的物理地址，称为MAC地址。
以太网使用分组交换技术，将数据分为小块，称为帧，然后通过网络传输。
在以太网通信过程中，计算机发送数据时，将数据分解成帧，并在帧中添加源MAC地址和目标MAC地址，以识别数据发送和接收的设备。
这些帧在网络链路上通过不同设备传输，直到达到目标设备。
目标设备通过匹配帧中的目标MAC地址来接收数据。
在以太网中，当多个设备同时尝试发送数据时，可能会发生碰撞。
为了解决这个问题，以太网使用CSMA/CD协议。
设备在发送数据之前，先监听网络上是否有其他设备正在发送数据。
如果检测到信道空闲，设备开始发送数据。
如果多个设备在同一时间开始发送数据，就会发生碰撞。
当发生碰撞时，设备会发送一个干扰信号，然后等待一个随机时间段后重新发送数据。
以太网通信原理还包括网络拓扑结构的选择。
常见的拓扑结构有总线型、星型和环型。
在总线型拓扑中，所有设备都连接在同一条电缆上。
在星型拓扑中，每个设备都连接到一个中央设备，例如交换机或集线器。
在环型拓扑中，设备通过一个环形电缆相互连接。
除了物理层的连接方式和帧的传输，以太网还支持网络层和传输层协议，如IP协议和TCP/UDP协议。
这些协议帮助实现数据的可靠传输和终端设备之间的通信。
总之，以太网通信原理基于帧的通信方式，使用CSMA/CD协议控制访问网络链路。
它还包括网络拓扑结构的选择和支持网络层和传输层协议。
通过理解以太网通信原理，可以更好地理解和使用局域网技术。
交换式以太网工作原理
交换式以太网工作原理
交换式以太网是一种广泛应用于计算机网络中的局域网技术。
它的工作原理是基于数据包交换和MAC地址的。
下面是交换
式以太网的工作过程：
1. 数据包传输：当一台计算机发送数据时，数据被分成较小的数据包，并添加上目的MAC地址和源MAC地址信息。
2. 交换机的接收：交换机接收到数据包后，会检查数据包的目的MAC地址。
3. 寻址表：交换机维护一个寻址表，记录着网络中各个设备的MAC地址和对应的接口。
4. 学习过程：当交换机接收到一个数据包时，它会查找寻址表，以确定目的MAC地址所对应的接口。
如果目的MAC地址不
在寻址表中，交换机会将数据包发送到所有的接口（广播）。
5. 数据包转发：交换机根据目的MAC地址将数据包转发到正
确的接口上，并学习到数据包的源MAC地址和对应的接口。
6. 冲突域分割：由于交换式以太网采用全双工通信，交换机将每个接口分割成一个独立的冲突域，因此可以同时进行数据的发送和接收，避免了数据冲突。
7. 数据包交换：交换机根据接收到的数据包的目的MAC地址，将数据包转发到目标设备，而不会广播到整个网络。
总的来说，交换式以太网通过学习MAC地址和使用交换机进行数据包转发，实现了高效的数据传输和冲突域分割，提高了网络性能和可靠性。
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
以太网数据传输原理
以太网数据传输原理
以太网是一种广泛使用的局域网技术，它使用了特定的数据传输原理来实现计算机之间的通信。
以太网采用了CSMA/CD
（载波侦听多点接入/碰撞检测）的机制来实现数据传输。
CSMA/CD是一种多台计算机共享一条通信线路的介质访问控
制方法。
在以太网中，所有计算机都通过同一根传输线（即通信介质）进行数据传输。
当一台计算机需要发送数据时，它首先会监听传输线上是否有其他计算机正在发送数据。
如果线路空闲，该计算机则开始发送数据。
否则，它会等待一段随机的时间再次尝试。
当多台计算机同时发送数据导致碰撞时，它们会侦测到碰撞并立即停止发送。
然后，每一台计算机都会等待不同的时间（根据随机退避算法）再次尝试发送数据。
通过CSMA/CD机制，以太网可以有效地控制传输介质的访问，避免多台计算机同时发送数据而导致的冲突。
这种机制可以在确保数据传输的同时，提供较低的延迟和高效的带宽利用率。
此外，以太网还使用了帧的数据传输方式。
数据在发送之前会被分割成较小的数据块，称为帧。
每个帧包括了发送和接收计算机的地址信息、数据以及错误检测码。
接收计算机通过检查帧的错误检测码来确保接收到的数据的准确性。
总之，以太网通过CSMA/CD的机制和帧的数据传输方式，实
现了高效的计算机之间的数据通信。
这种技术被广泛应用于局域网中，为用户提供了快速可靠的数据传输服务。
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。
以太网基本原理分解
以太网基本原理分解以太网是一种广泛应用于局域网（LAN）的计算机网络技术，它提供了高速、可靠、经济的数据传输。
以太网基于一系列的基本原理，如介质访问控制、帧结构、链路层地址等。
下面将以太网的基本原理进行分解。
1.介质访问控制（MAC）：以太网使用CSMA/CD（载波侦听多点接入/冲突检测）技术来协调多个设备共享同一物理介质。
当设备要发送数据时，首先监听物理介质上是否有信号，如果没有信号则进行发送；如果有信号，则等待一段随机时间窗口再次监听，并解决数据包冲突的问题。
这种机制可以有效地减少冲突，提高网络的可靠性和吞吐量。
2. 帧结构：以太网数据在物理介质上传输时被划分为若干个帧（Frame）。
每个帧由一个帧起始符、目的地址、源地址、长度/类型、数据以及帧检验序列等字段组成。
帧起始符用于帧的识别，目的地址和源地址表示数据的发送和接收方，长度/类型表示数据的类型或长度，数据字段是实际的数据内容，帧检验序列用于检测传输中的错误。
3.链路层地址：为了能够在以太网上正确地发送和接收数据，每个设备都必须具有唯一的链路层地址。
以太网使用一个48位的物理地址，即MAC地址，来标识每个设备。
MAC地址是由网络设备的制造商在制造时分配的，它唯一地标识了网络中每个设备。
当数据在以太网上传输时，发送方需要将目的设备的MAC地址添加到帧中，以便接收方正确地接收数据。
4. 媒体类型：以太网支持多种不同类型的物理媒体，包括双绞线、同轴电缆和光纤。
不同的物理媒体具有不同的传输速率和最大距离，以太网根据不同的媒体类型来选择合适的传输速率和距离。
例如，10BASE-T以太网使用双绞线作为物理媒体，传输速率为10 Mbps；而1000BASE-SX 以太网使用多模光纤作为物理媒体，传输速率为1 Gbps。
5.网络拓扑：以太网可以采用不同的网络拓扑结构，如总线型、星型和环型。
总线型拓扑是最常见的结构，所有设备都连接到同一根总线上。
星型拓扑将所有设备连接到一个中央设备（如交换机）上。
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总结与思考
100Mb/s全双工 100Mb/s自协商 10Mb/s自协商
端口2自动协商 端口3自动协商 端口1自动协商 端口5自动协商
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端口4自动协商
10Mb/s半双工
10Mb/s全双工
问题二：以上各个交换机端口工作在什么方式？
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汇聚层 核心层
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千兆以太网传输距离
技术标准
1000BaseT
线缆类型
铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
传输距离
100m 25m 550m/275m 2km-15km
1000BaseCX 铜质屏蔽双绞线
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总结与思考
LAN Switch
问题一：图中各PC机安装了10/100M自
适应网卡，交换机支持10/100M自动协
商，HUB为10M ，请问：
HUB
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PCA和交换机之间工作在什么方式？
PCB和HUB之间工作在什么方式？
HUB和交换机之间工作在什么方式？
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只能单一种类型的物理接口 内部共享高速总线，使用CSMA/CD方式工作。
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集线器——II类
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可以提供多种类型的物理接口 内部共享高速总线，使用CSMA/CD方式工作。
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时间之后再进行发送。
缺点：带宽窄，冲突检测机制，传输时间必须大于延迟时间导致物理长度 限制－51.2us的冲突检测窗口，1位在2500m，加上四个中继器的往返时间。 帧长最小字 节数64，刚好512位。
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最小帧长与最大传输距离
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101001010111000101001101010101…...
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自协商优先级
优先级顺序
A
工作方式
100BASE-TX全双工
B
C
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100BASE-T4
100BASE-TX 10BASE-T全双工 10BASE-T
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以太网的几种类型
• 标准以太网（10Mbit/s）的网络定位：
模型分类
网络定位
最终用户和接入层交换机（或HUB）之间的连接
接入层
汇聚层
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通常不使用
通常不使用
核心层
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以太网通信的原则： 同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机同时接 收——广播；如果一个以太网报文被完全发送出去则在链路上肯定 不会发生冲突，即理论上不再需要发送第二次。
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全双工物理层
• 同一时刻可以发送和接收，不用预先判断链路的忙闲状 态 • 最大吞吐量达到双倍速率 • 从根本上消除了半双工的物理距离限制
– 无法实现端口的自动双速配置功能（如10Mbit/s和100Mbit/s） – 无法确定双工工作模式 – 无法确定是否需要流量控制功能
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如果对接时一端采用自协商，另一端采用固定模式会出现什么现象？
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光纤上的自协商
数 据 位 0
数 时 据 钟 位 1
……
约2ms
数 据 位 14
数 时 据 钟 位 15
时 钟
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• 整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成
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编码支持能力
运行速率 双工模式
流量控制
…...
系统加电的时候（建立链路连接 时候），首先检测自动协商标志， 如果允许，则从配置寄存器读出 支持模式标志，编码后通过空闲 脉冲发送出去。发送出去的编码 格式称为基页。 如果接收到对方的基页，则跟自 己发送的基页比较，找出支持能 力的交集，选取最优组合运行。
• 对光纤以太网而言，得出的结论是：
– 链路两端的工作模式必须使用手工配置（速度、双工模式 、流控等），如果光纤两端的配置不同，是不能正确通信 的。
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• 千兆以太网的自协商机制已经实现。
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集线器HUB——I类
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第1 章以太网概述 第2 章以太网物理层 第3 章数据链路层
3.1 数据链路层结构
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第5章 以太网VLAN 第6章 千兆以太网 第7章 二层组播
3.2 MAC子层 3.3 LLC子层
第8章 生成树协议
第4 章以太网交换机
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FullDuplexMAC
针对不同的物理介质提供不同的MAC层面来访问。
针对不同的双工模式，Ethernet划分为半双工MAC和全双工MAC。
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自动协商
双工方式
运行速率
10M
全双工 100M 1000M
半双工
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10G
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自动协商实现基础
16ms
每个大脉冲插入16小脉冲
1.1 以太网的起源和设计目标 1.2 以太网的几种类型及应用领域
第5章 以太网VLAN
第6章 千兆以太网
第2章 以太网物理层
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第7章 二层组播
第8章 生成树协议
第3章 数据链路层 第4章 以太网交换机
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起源和设计目标
100BaseFX
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以太网的几种类型
• 千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位：
模型分类 接入层
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网络定位
一般不使用 提供接入层和汇聚层设备间的高速连接 提供汇聚层和高速服务器的高速连接，提供核心 设备间的高速互联
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半双工
• 任一时刻只能接收或发送 • 采用CS源自A/CD访问机制 • 物理上有距离限制
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CSMA/CD
共享介质的灵魂－CSMA/CD（带碰撞检测的载波监听多路访问）原理： 1、终端设备不停的检测共享线路的状态，只有在空闲的时候才发送数据， 如果线路不空闲则一直等待。 2、发送过程中，若其他设备也同时发送数据，则其发送 的数据必然产生 碰撞，导致线路上的信号不稳定，终端设备检测到这种不稳定之后， 马上停止发送自己的数据，然后再发送一连串干扰脉冲，然后等待一段
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数据链路层位置和结构
网络层 数据链路层
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LLC子层 MAC子层
物理层
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MAC子层——位置与功能
LLC子层
EthernetMAC
TokenRingMAC
FDDIMAC
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HalfDuplexMAC
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以太网的几种类型
• 快速以太网（100Mbit/s）的网络定位：
模型分类 接入层 网络定位
为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入 提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层 的连接，提供高速服务器的连接 提供交换设备间的连接
汇聚层
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核心层
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1000BaseSX 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光
1000BaseLX 单模光纤，9um光纤，使用波长为1300nm的激光
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以太网主要应用领域
• 以太网主要应用领域：
– 高速网络设备之间互连 – 城域网中用户接入的手段
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10BASE-T半双工 10BASE-T全双工 100BASE-TX半双工 100BASE-TX全双工 100BASE-T4 流控支持
远程故障指示 确认
下一页指示
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20
自协商信号
约100ns 时 钟 约62.5μs