以太网基本原理
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。
以太网基本原理
以太网基本原理
以太网是一种局域网技术，常用于连接计算机和其他网络设备。
其基本原理是利用以太网协议进行数据通信。
以太网使用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议，以实现多个设备同时访问共享的传输介质（如电缆）。
在以太网中，每个设备都有一个网卡，用于发送和接收数据。
设备通过物理介质（如双绞线）连接到交换机或集线器等网络设备。
当设备需要发送数据时，它首先监听传输介质，确保没有其他设备同时发送数据。
一旦传输介质空闲，设备将发送数据帧。
在发送过程中，如果发生冲突（多个设备同时发送数据导致数据碰撞），设备将立即停止发送，并发送一个“冲突消息”给其他设备，通知它们发生了冲突。
所有设备都会接收到这个冲突消息，并暂停发送数据。
在冲突发生后，设备会等待一段随机时间，然后重新尝试发送数据。
这个随机等待时间能够减少再次发生冲突的可能性。
当接收方设备接收到数据帧时，它会检查帧的目标地址，如果与自己的地址匹配，则接收并处理数据。
否则，它将忽略该帧。
以太网还支持广播功能，即一个设备可以向网络中的所有设备发送数据帧。
其他设备会接收该帧，并根据需要进行相应的处
理。
总的来说，以太网基于CSMA/CD协议，在多个设备之间实现数据的共享传输。
它使用网卡和物理介质进行连接，并利用冲突检测机制处理冲突。
通过这种方式，设备能够在共享的网络中进行数据通信。
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第2章 以太网端口技术
2.1 自协商技术
2.2 自适应技术
2.3 流量控制
智能MDI/MDIX
Transmit Pair Receive Pair Transmit Pair Receive Pair
交叉网线
Transmit Pair Receive Pair
以太网的诞生
以太网最初是由Xerox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冲突检测（CSMA/CD）机制,数据传输 速率达到10Mbps。
以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3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
我们知道局域网包含以太网,令牌环和令 牌总线等等,这些技术当中以太网技术以 其简明高效的特点逐渐占据了主导地位
学习指南
理解以太网技术原理，可以遵循两
个逻辑：以太网设备的发展和链路 物理介质速率提升
参考资料
IEEE802.3 IEEE802.3u IEEE802.3z IEEE802.3ab
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。
00e0.fc39.8034
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
IEEE802.3ae
学习完此课程，您将会： 了解以太网的发展史 掌握以太网的基本原理 掌握以太网端口技术 理解L2交换机和L3交换机的工作原理
第1章 以太网技术发展史 第2章 以太网端口技术 第3章 以太网设备介绍
第1章 以太网发展史
1.1 以太网起源及原理简介
1.2 以太网发展及标准协议
铜质屏蔽双绞线 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为 850nm的激光
单模光纤，9um光纤，使用波长为1300nm的 激光
25m
550m/275m 2km-15km
IEEE802.3z的线缆标准
1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在
收发器上配置波长为1270-1355nm（一般为1300nm）的激光， 既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。
Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司联合开发，与IEEE 802.3
规范相互兼容。
以太网原理---CSMA/CD
CS：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：多址访问
每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
CD：冲突检测
直连网线
Receive Pair Transmit Pair
不需要知道电缆另一端为MDI还是MDIX设备
两种电缆（普通、交叉）都可连接交换机、集线器或NIC设备
消除由于电缆配错引起的连接错误
简化10/100M网络安装维护，降低开销
第2章 以太网端口技术
2.1 自协商技术
2.2 自适应技术
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。
冲突检测：
由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆动值超 过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。
以太网帧结构
DMAC SMAC Length/T DATA/PAD FCS
Length/Type值
含义
Ethernet_II
2.3 流量控制
流量控制
当通过交换机一个端口的流量过大，超过了它的处理能力时，就会发
生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出现阻塞的情况下丢帧。
在半双工方式下，流量控制是通过反压（backpressure）技术实现的，
模拟产生碰撞，使得信息源降低发送速度。
在全双工方式下流量控制一般遵循IEEE 802.3x标准。
IEEE802.3ab的线缆标准
1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网
技术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户 可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps 到1000Mbps的平滑升级。
万兆以太网
已经开始部署，预计未来将有大规模的应用 标准为IEEE802.3ae 只有全双工模式 创造了一些新的概念，例如光物理媒体相关子层(PDM)
模型分类 接入层 汇聚层 核心层
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
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
1000BaseCX
1000BaseSX 1000BaseLX
标准以太网（10Mbit/s）的网络定位
模型分类 接入层 汇聚层
网络定位 最终用户和接入层交换机之间的连接 通常不使用
核心层
通常不使用
IEEE802.3 线缆
名称 10BASE-5 10BASE-2 10BASE-T 10BASE-F 电缆 粗同轴电缆 细同轴电缆 双绞线 光纤 最大区间长度 500m 200m 100m 2000m
就会暂停或停止发送。
PAUSE帧利用了一个保留的组播地址，它不会被网桥和交换机所转发，
这样，PAUSE帧不会产生附加信息量。
全双工流量控制
PAUSE功能的应用场合：
一对终端 （简单的两点网络） 一个交换机和一个终端 交换机和交换机之间的链路
PAUSE功能不解决下列问题：
稳定状态的网络拥塞 端到端流量控制 比简单的“停—启”更复杂的机制
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
快速以太网传输距离
技术标准 100BaseTX 100BaseT4 线缆类型 EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对 EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对 多模光纤（MMF）线缆 100BaseFX 单模光纤（SMF）线缆 传输距离 100m 100m 550m-2km 2km-15km
快速（100M）以太网
数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够
为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。
IEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3u
快速以太网
快速以太网（100Mbit/s）的网络定位
模型分类
网络定位
接入层 汇聚层
核心层
10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的字段长度是200米）
共享式以太网的缺点
在共享式以太网中，所有的主机都以平等的地位连接到同轴电
缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题：
介质可靠性差
其中介质可靠性差是共享式以太网的主要问题。
标准以太网
自协商基本页信息
0 0 1 0 2 0 3 0 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Message Type Ethernet=00001 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
第1章 以太网技术发展史 第2章 以太网端口技术 第3章 以太网设备介绍
第2章 以太网端口技术
2.1 自协商技术
2.2 自适应技术
2.3 流量控制
自协商
100Mb/s自协商 100Mb/s全双工
端口2自动协商 端口3自动协商
10Mb/s自协商
端口1自动协商
端口4自动协商
端口5自动协商
10Mb/s全双工 10Mb/s半双工
千兆以太网
千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之
上，将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1 Gbps。
标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线）
千兆以太网
千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位
1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，
收发器上所配置的波长为770-860nm（一般为800nm）的激光 传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。
1000BaseCX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽
铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。
第1章 以太网技术发展史 第2章 以太网端口技术 第3章 以太网设备介绍
第3章 以太网设备介绍 3.1 Hub的工作原理
3.2 二层交换机的工作原理
3.3 VLAN与三层交换机
传统以太网连接设备HUB
Hub的工作模式
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
应用层 表示层 会话层
802.3
Length/T > 1500
代表了该帧的类型
Length/T <= 1500
代表了该帧的长度
以太网的MAC地址
MAC地址有4 8位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。 MAC地址全球唯一，由 IEEE对这些地址进行管理和分配。每个
地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位 二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。