以太网的工作原理
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。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机是一种用于局域网的网络设备，它可以实现局域网内部计算机之
间的数据交换和通信。
它的工作原理主要包括数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离等方面。
下面我们将详细介绍以太网交换机的工作原理。
首先，以太网交换机通过端口连接各个计算机，当一台计算机发送数据帧时，
交换机会接收到这个数据帧，并通过目的地址来确定应该将数据帧转发到哪个端口。
这样，交换机可以实现数据帧的精确转发，避免了广播风暴和网络拥堵的问题。
其次，以太网交换机还具有地址学习的功能。
当交换机接收到一个数据帧时，
它会学习源地址和端口的对应关系，并将这个信息存储在转发表中。
这样，在下次需要发送数据帧时，交换机就可以根据目的地址在转发表中查找对应的端口，从而实现数据帧的快速转发。
此外，以太网交换机还可以实现流量控制。
当交换机接收到大量的数据帧时，
它可以通过缓存和队列管理来控制数据的流量，避免网络拥堵和数据丢失的问题。
这样可以保证网络的稳定性和可靠性。
最后，以太网交换机还可以实现碰撞域隔离。
在以太网中，如果多台计算机同
时发送数据帧，就会产生碰撞，从而影响网络的正常运行。
而交换机可以通过端口隔离的方式，将不同的计算机划分到不同的碰撞域中，从而避免了碰撞的发生，提高了网络的传输效率。
综上所述，以太网交换机通过数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离
等功能，实现了局域网内部计算机之间的快速、稳定和可靠的数据交换和通信。
它在现代网络中起着非常重要的作用，是局域网中不可或缺的网络设备之一。
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。
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 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
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在本文中，我们将深入介绍网络的相关知识，尤其是以太网的网络标准，便于您理解所有计算机为何能够相连的幕后机制。
网络的作用网络使得两台计算机能够相互发送和接收信息。
我们并不总是能够意识到我们在频繁访问网络上的信息。
互联网可以说是一个最显著的计算机网络例子，它将世界上数以百万计的计算机连接在一起，但是在我们每天获取信息时发挥作用的经常是一些较小型的网络。
许多公共图书馆已经将它们的卡片目录换成了计算机终端，读者可以更快、更容易地搜索图书。
机场设置了众多的显示屏，向旅客告知到港航班和离港航班的信息。
许多零售店也使用专用计算机来处理POS事务。
在上述情况下，都是网络将位于多个位置的不同设备连接在一起，便于人们访问某个共享的数据库。
在介绍以太网这样的网络标准细节之前，我们必须首先了解一些基本术语及其解释，它们描述了不同的网络技术及其相互间的差异——下面就让我们开始吧！局域网和广域网我们可将网络技术划分为以下两组基本技术之一：局域网（L AN）技术，可在相对较近的距离内（通常在同一个建筑物内）将许多设备连接在一起。
图书馆中用来显示图书信息的终端计算机便可连接到局域网上。
广域网（WAN）技术，可将相距几十公里的设备连接在一起，但能够连接的设备数量较少。
例如，如果两个位于城市两端的图书馆希望共享图书目录信息，那么便可以使用广域网技术进行连接，这可能需要从当地电话公司租用一条专线来专门传输它们的数据。
与广域网相比，局域网的速度更快，也更为可靠，但是技术的不断发展已经使它们之间的界限变得越来越模糊。
借助光纤，可使用局域网技术连接相距数十公里远的设备，同时还能极大地提升广域网的速度和可靠性。
以太网1973年，施乐（Xerox）公司Palo Alto研究中心（通常称作PARC）的研究人员Bob Metcalfe设计并测试了第一个以太网网络。
当时，这个网络将施乐的“Alto”计算机连接到一台打印机，Metcalfe开发了用于连接以太网上设备的电缆连接物理方法，以及用于控制电缆上数据传输的标准。
现在，以太网已经成为了世界上最流行和应用最广泛的网络技术。
以太网涉及的许多问题也是其他许多网络技术所要解决的问题，了解以太网解决这些问题的方法可以从整体上帮助你改善对网络的理解。
随着计算机网络的日益成熟，以太网标准也在不断发展出一些新的技术，但是目前所有以太网网络的运行机制仍然来源于Metcalfe的原始设计。
在原始的以太网中，网络上的所有设备共享单根电缆进行通讯。
设备连接到该电缆，便能够与其他连接的设备通信。
这样，可以在不对网络上现有设备进行任何修改的情况下扩展网络以接纳新设备。
以太网基本知识以太网是一种局域网技术，网络一般分布在一座大楼中，所连接的设备通常距离较近。
以太网设备之间的电缆最多长几百米，因此它不适用于连接地理位置分散的多个地点。
但现代技术的进步极大提升了以太网的连接距离，今天人们已能够建立相距数十公里远的以太网网络。
协议对于网络连接而言，协议这一术语指的是用于控制通信的一组规则。
协议对于计算机的意义就如同语言对于人类的意义。
由于本文使用中文撰写，要理解文章的内容你必须能够读懂中文。
类似地，网络上的两台设备要想成功通信，必须都理解相同的协议。
以太网术语以太网遵循一组控制其基本操作的简单规则。
为了更好地理解这些规则，了解基本的以太网术语十分重要。
介质——以太网设备连接到一个公共介质上，该介质为电气信号的传输提供了一条路径。
历史上一直使用同轴铜电缆作为传输介质，但是目前双绞线或光纤更为多见。
网段——我们将单个共享介质称作一个以太网段。
节点——连接到网段的设备称作站点或节点。
帧——节点使用称作帧的简短消息进行通信，帧是大小不固定的信息块。
帧类似于人类语言中的句子。
在中文里，我们构造句子时会有一些规则，例如每个句子必须包含主语和谓语。
以太网协议也规定了用于构造帧的一组规则。
对于帧的最大和最小长度有明确规定，而且帧中必须包含一组必需的信息段。
例如，每个帧必须包括目标地址和源地址，它们分别指出了消息的接收方和发送方。
通过地址可标识唯一的节点，就像通过姓名可找出某个人一样。
任何两个以太网设备都不应具有相同的地址。
以太网介质由于以太网介质上的信号能够到达所有连接的节点，因此目标地址对识别帧的目标接收方来说至关重要。
例如，在上图中，如果计算机B向打印机C发送数据，计算机A和D也可以接收和查看帧。
但是，在站点收到帧后，它会首先检查帧的目标地址，看看该帧是否是发送给自己的。
如果不是，站点会丢弃该帧，而不会查看其内容。
以太网地址的一件有趣的事情是它存在广播地址。
如果帧的目标地址为广播地址（简称为一个广播），则说明它是发送给网络上所有节点的，于是每一个节点都会接收和处理这种类型的帧。
以太网中的CSMA/CD是什么意思？“CSMA/CD”的意思是带冲突检测的载波侦听多路访问，它描述了以太网协议控制节点间通信的方法。
这个词看起来有些复杂，但如果我们将它分解几个小概念，便会发现它描述的规则十分类似于人们在进行彬彬有礼的谈话时所使用的规则。
为了有助于描述以太网的操作，我们使用饭桌上的对话作为类比。
我们将以太网段表示为饭桌，让几个代表节点的人坐在饭桌旁边很有礼貌地进行谈话。
多路访问这个术语涵盖了我们上面讨论的内容：在一个以太网站点传输数据时，介质上的所有站点都会听到该传输行为，就像饭桌上一个人在讲话时，所有人都能够听到他（她）的讲话一样。
现在，假设你也坐在桌旁而且有话想说。
但是，当时我正在讲话。
由于这是一次很有礼貌的谈话，因此你不应立即开口讲话并打断别人，而是等到我讲完后再开口。
刚才描述的情况在以太网协议中称为载波侦听。
在站点开始传输数据之前，它会“侦听”介质来确定其他站点是否正在进行传输。
如果介质上很安静，站点便认为现在是一个适于传输数据的时间。
冲突检测载波侦听多路访问为控制会话提供了一个好的起点，但是仍然有一个难题需要解决。
让我们回到用来类比的饭桌谈话上，想想谈话中有片刻寂静的情况。
你和我都有一些话想说，我们都在发生片刻寂静时“侦听到了载波”，所以我们几乎同时开始讲话。
用以太网术语来说，我们同时讲话时会发生冲突。
在谈话时，我们可以很好地处理这种情况。
在我们讲话的同时，都听到了对方也在讲话，因此我们都停止了讲话，以便对方能够继续。
以太网节点在传输数据时也会侦听介质，确保它是在该时刻进行数据传输的唯一站点。
如果站点听到它自己传输的数据以一种混乱的形式返回（如果其他站点也同时开始传输它们自己的消息便会发生这种情况），那么就知道发生了冲突。
有时，我们将单个以太网段称作一个冲突区域，因为网段上的任何两个站点都无法在不产生冲突的情况下同时传输数据。
如果站点检测到冲突，它们会停止传输数据，等待一个随机的时间长度，然后在检测到介质归于平静之后尝试再次传输数据。
随机暂停并重试是协议的重要组成部分。
如果两个站点在进行传输时发生冲突，那么它们都需要重新进行传输。
在适于传输数据的下一个时间，上次发生冲突的两个站点都会准备好数据以便进行传输。
如果它们在第一次机会来到时再次传输了数据，那么很可能无限期地一次又一次发生冲突。
而随机延迟则可以使任何两个站点都不会连续发生多次冲突。
以太网的缺点单根共享电缆可作为一个完整以太网网络的基础。
但在单根共享电缆的情况下，以太网网络的大小实际上存在一定的限制。
主要原因在于共享电缆的长度。
电气信号可以沿电缆飞快传播，但是它们的行程却不长，而且临近设备（如荧光灯）的电气干扰还会扰乱信号。
要使设备能够清楚地以最小延迟接收到对方发送的信号，网络电缆必须足够短才行。
这就限制了以太网网络上两台设备之间的最大距离（称作网络直径）。
此外，按照CSMA/CD方式，在任一给定时间，只能有一台设备传输信号，所以能够共存于一个网络上的设备的数量实际也存在限制。
如果太多设备连接到同一个共享网段上，它们之间争用介质的现象便会增加。
在有机会传输数据之前，设备可能会等待非常长的时间。
工程师们已经开发出大量网络设备来缓解这些难题。
其中的许多设备并不是只针对以太网的，它们在其他网络技术中同样可以发挥作用。
转发器最初广泛使用的以太网介质是被称作“粗电缆网”的铜制同轴电缆。
这种电缆的最大长度是500米。
在大型建筑或校园环境中，500米长的电缆经常不足以连接所有网络设备。
但转发器可以解决这个问题。
转发器连接多个以太网段并且侦听每个网段，同时将它在某个网段上听到的信号重复发送到与转发器相连接的所有其他网段。
使用多条电缆并将它们连接到转发器，可以显著延长网络直径。
网段划分在我们用饭桌进行的比喻中，桌旁只有几个人在进行对话，任一给定时刻只能有一个人讲话的规定便不会对交流形成大的障碍。
但是假如有许多人坐在桌旁并且在任一时刻只允许有一个人讲话，那又会怎么样呢？如果是这样的话，上面的比喻肯定不再适用。
实际上，有很多人参与的谈话经常会分成多个同时进行的不同谈话。
在拥挤的房间内或烧烤晚宴上，如果在任一时间只能有一个人讲话，许多人会因等待说话的时间过长而感到沮丧。
对人类来说，这个问题会得到自行纠正：声音的传输范围有限，而耳朵善于从环境噪声中捕捉住特定的谈话。
因此，在聚会时，同一个房间的人很容易分成多个小组进行谈话。
因为网络电缆可以快捷、高效地长距离传输信号，所以不会出现上面这种自然而然的分组情况。
随着规模的扩大，以太网会面临堵塞问题。
如果大量站点都连接到同一网段并且每个站点都产生许多网络流量，那么在有机会发送数据时，会有很多站点尝试进行传输操作。
这种情况会使冲突越来越频繁地产生，由此导致数据传输无法正常进行，完成一次成功的传输需要花费难以想象多的时间。
减少堵塞的一种方法是：将单个网段划分为多个网段，从而形成多个冲突区域。
这种解决办法会造成另一个问题，即这些分隔开的网段无法相互共享信息。
网桥为了解决网络分段造成的问题，以太网网络使用了网桥。
网桥可将两个（或更多）网段连接在一起，与转发器一样能够提高网络直径，但是网桥的不同之处在于它还有助于控制网络流量。
网桥可以发送和接收传输的数据，这和其他任何节点一样，但是它在功能上与标准节点并不相同。