以太网原理(通俗易懂,图文说明)
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。
以太网课件
四、竞争MAC方式
冲突停止 （4）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，
立即停止发送，并向总线上发出一串干扰 （jam）信号（连续几个字节全1），通知总线 上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听 与竞争。
延迟重发
（5）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等 待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。转到 第1步。
3、CSMA
载波监听（Carrier Sense）
站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信 道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道， 则不发送帧以避免冲突。
多路访问（Multiple Access）
多个用户共用一条线路
四、竞争MAC方式
载波监听可有以下几种方式： 1坚持CSMA方式 非坚持CSMA方式 P坚持CSMA方式
只要在一个信息包长时间内，或一个时隙中，无 两个或两个以上的信包到达信道，就可成功发射。这 是一种降低冲突的有效措施。与P-ALOHA相比，系 统性能有所改进。
四、竞争MAC方式
效率分析
通过量ac
0.4
0.3 S ALOHA
0.2
0.1
P ALOHA
0 0.5 1
2
3
4 呼叫量 a
四、竞争MAC方式
四、竞争MAC方式
非坚持型CSMA（non-persistent CSMA）
原理
若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。
优点：减少了冲突的概率； 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； 信道效率比 1-坚持CSMA低，传输延迟比 1-坚持 CSMA大。
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 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。
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。
4-以太网原理
❖基于端口的VLAN划分：这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个 逻辑组，这是最简单、最普遍的划分方法。该方式允许一个VLAN跨越多个交换机， 或一个端口位于多个VLAN中。我公司交换盘采取该方式划分VLAN。
❖有标记VLAN1帧 ❖有标记VLAN2帧 ❖无标记VLAN1帧 ❖无标记VLAN2帧
16:55:53
MSTP以太业务的类型主要有2种
❖一种使用以太网透传方式实现对以太网帧进行点到点的透明传送， 不需要MAC地址学习，该方式主要用于以太网专线接入。不同专线 用户不共享SDH带宽，具有严格的带宽保障和用户隔离。另一种方 式是利用以太网2层交换技术，提供以太网虚拟专线、2层汇聚、共 享以太通道等业务。此类业务共享带宽，可以通过VLAN隔离不同的 用户。
端口自动协商功能
快速以太网端口连接状态
自动协商 100Full
100Half
10Full
自动协商 100Full
100Half
100Half
10Half
100Full
100Half 100Full
/
UnLink
100Half 100Half /
100Half UnLink
10Full
10Half
以太网原理
张皓 2011年7月 烽火科技学院培训中心
以太网基础知识 以太网组网方式 以太网交换知识 以太网的指标测试 MSTP中以太网的业务框架
以太网的介绍和原理
以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。
以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。
以太网与IEEE802·3系列标准相类似。
它不是一种具体的网络，是一种技术规范。
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。
该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。
以太网在互联设备之间以10~100Mbps 的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。
直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。
快速以太网目前在局域网中占主导地位，是速度为100Mb/s有广播式网络，两者从结构到功能基本相同，只是在速度上具有优势。
以太网的分类和发展一、标准以太网开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMA／CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。
以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。
所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。
·10Base－5 使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法；·10Base－2 使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法；·10Base－T 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m；· 1Base－5 使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps；·10Broad－36 使用同轴电缆（RG－59／U CATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式；·10Base－F 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps；二、快速以太网随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。
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协商原则
运行速率
100M 10M
双工模式
全双工
运行速率 100M 10M
双工模式 全双工 半双工
半双工
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华为机密，未经许可不得扩散 文档密级：内部公开
广播域
广播域
LAN
LAN
冲突域
SWITCH
LAN
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MAC地址进行二层转发，冲突域被限 制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。
解决办法（二）---单臂路由
使用支持VLAN属性的路由器连接不同的VLAN
前提：VLAN和IP子网间是一 对一的关系
10.110.10.0
工程部 VLAN
10.110.20.0
市场部 VLAN
10.110.30.0
销售部 VLAN
SWITCH
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（L2+路由器）模式的缺陷
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华为机密，未经许可不得扩散
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全双工简述
1.实现全双工的物质保证 2.全双工对以太网技术的影响
3.支持全双工的设备
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自动协商
双工方式
运行速率 10M
全双工 100M
半双工 1000M
10G
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基于目的地址转发
MAC地址 MACA MACB MACC MACD MACA
......
所在端口 1 1 2 2
MACD
端口1
MACD
MACA 端口2
......
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二层交换机原理
接收网段上的所有数据帧； 利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自 学习），使用地址老化机制进行地址表维护；
你知道为什么有这样的限 制吗？
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正确答案
从这个端口接收的报文，肯定被这个端口所在的网段已 知，所以没有必要从这个端口再发送一遍。
不仅仅是没有必要的问题，而是一定不能再发送，因为这 样一个报文会在网段中出现两次。造成严重错误
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全双工和L2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：
1. 广播泛滥 2. 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
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课程内容
第一章 以太网基本概念
第二章 HUB和L2交换机出现
第三章 VLAN和L3交换机出现 第四章 GE/10GE以太网出现
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从同轴电缆到双绞线
80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到广泛的应 用。UTP的巨大优势在于：
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。
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。
冲突的检测： 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。
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L2工作模型
(BRIDGE/以太网交换机/L2) 设备工作模型：
应用层
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层
链路层 物理层 链路层 链路层 物理层
表示层
会话层
二层交换机
传输层 网络层 链路层 物理层
物理层
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在局域网中引入三层交换：
能够更加经济的替代传统路由器。
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三层交换机的应用
三层交换机特别适合下面这样的组网
几乎全以太网接口
路由比较稳定，变化比较少
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低端的路由器和L3的区别
项目 端口类型 转发实现途径 路由器 非常丰富，几乎可以支持所 有通信端口 主要以CPU加软件实现为主 。 最长匹配 三层交换机 比较单一，主要支持以太网 由硬件ASIC实现转发
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以太网帧结构
DMAC
SMAC
Length/T
DATA/PAD
FCS
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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基于源地址学习
分段1
分段2
A
C PORT 1
交换机
PORT 2
D
B
交换机典型应用
MAC地址 MACA MACB MACC MACD 所在端口 1 1 2 2
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注意：
多播情况下，CAM表项的建立不是通过学 习得到的，而是通过IGMP窥探，CGMP等 协议获得的。
链路层 物理层 物理层
HUB
物理层
网络层
链路层 物理层
注意：HUB仅仅是物理上的连接设备。
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所有的HUB都是半双工的
HUB设备工作原理：
1
2
3
4
5
OUT
OUT
OUT
OUT
IN
HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑
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DA00004以太网技术原理
ISSUE 3.0
固网产品课程开发室
引入
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,所以以下课程单独讲以太网技术。
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学习目标
学习完本课程，您应该能够：
1.价格低廉；
2.制作简单； 3.收发使用不同的线缆；
4.逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形；
星形的物理拓扑是如何实现的？——
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传统以太网连接设备HUB
HUB设备工作模型：
应用层 应用层 表示层 会话层
表示层
会话层 传输层
传输层
网络层
销售部 VLAN
SWITCH
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什么是三层交换机
在逻辑上，三层交换和路由是等同的，三层交换的过程就是IP报 文选路的过程。
三层交换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其实现的方式：
三层交换机通过硬件实现查找和转发； 传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发； 三层交换机的转发路由表与路由器一样，需要软件通过路由协议 来建立和维护。
描述以太网的基本概念 理解以太网常见的几种设备和理解交 换机的工作过程 理解VLAN和L3交换机的工作原理 描述以太网当今的发展趋势和千兆以 太网
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课程内容
第一章 以太网基本概念
第二章 HUB和L2交换机出现
第三章 VLAN和L3交换机出现 第四章 GE/10GE以太网出现
在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将
该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向所有的端口发送
(除接收帧的端口)；
向所有端口转发广播帧和多播帧。
上述原则中存在三处严重的错 误，你知道是什么吗？
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正确答案
1.接收网段上的所有数据帧； 2.利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自学习），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MAC地址，如果找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）； 4.向所有端口转发广播帧和多播帧（不包括源端口）。
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以太网的MAC地址
00e0.fc39.8034
1.M A C地址有4 8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。 3.如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。 你知道为什么IP地址 4.如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。 不像MAC地址一样做 成固定的？