比特派钱包苹果版下载安装|ethernet以太网结点最多可达多少个

作者：比特派钱包苹果版下载安装

2024-03-14 20:20:06

计网小知识点_ethernet 以太网结点最多-CSDN博客

计网小知识点

最新推荐文章于 2022-10-29 04:51:52 发布

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路由器分组转发算法 (1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。 (2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行 (3)。 (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行 (4)。 (4) 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行 (5)。 (5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行 (6)。 (6) 报告转发分组出错。

输入端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的。网络通信协议三要素：语义，语法，时序 I- P数据报前部分固定 20字节

TCP数据报前固定160字节传输层为报文，网络层为分组，数据链路层是数据帧，物理层为比特流路由器隔断广播风暴以太网卡地址是48位的。10Bast-5，10Bast-2以太网采用的是总线型拓扑结果。10Base-T（屏蔽双绞线）以太网采用的是星型拓扑结构以太网是一种总线型或星型的局域网技术，节点最多可达1024个

- 帧中继网络采用的是快速分组交换技术

远程登录telnet使用 23 号端口，HTTP则使用 80 号端口，FTP传输数据使用20号端口，传输控制命令则使用 21 号端口。ARP：地址解析协议 URL：统一资源定位PPP帧的链路最大帧长度的默认值是.1500B在TCP/IP协议族中，IP协议是一种不可靠的、无连接的网络层协议；TCP协议是一种可靠、面向连接的传输层协议；UDP协议是一种不可靠的、无连接的传输层协议。衡量网络性能的指标有带宽、时延、吞吐量等。网络协议由　语法、语义、定时关系三部分组成。在计算机网络的信道中广泛使用的复用技术有 FDM 、TDM、 STDM 、 WDM 和 CDMA。计算机网络按照覆盖范围可以分为局域网、广域网、城域网和个人区域网。目前常用的加密技术分为两大类，即对称密钥密码体制与公钥密码体制。电子邮件发送采用STMP_**_协议**；接收采用**POP3**_或**_IMAP_**___协议。资源管理系统中“网络资源”的三大基本属性:存在性动态性协调性分组交换技术的3个重要概念是：分组、存储转发、路由选择数据链路层三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测奈奎斯特准则描述了无噪声状态下的“带宽”与“速率”的关系香农定律描述了在有随机热噪声状态下“带宽”与“速率”的关系奈奎斯特准则表示出了最大传输速率在数值上是信道带框的2倍网络体系结构OSI/RM 的三个主要概念是服务、接口和协议。常见的网络管理功能有故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理。网络安全包括先进的技术、严格的管理和威严的法律三个部分。网络安全所涉及到的主要技术有数据加密技术、防火墙技术、攻击检测技术、数据恢复技术

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计网部分知识点总结

m0_59989429的博客

01-29

1723

计算机网络部分知识点总结

计算机网络-Telnet协议详解

champion_man的博客

10-13

2060

概念：Telnet协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登陆服务的标准协议。Telnet协议的目的是提供一个相对通用的，双向的，面向八位字节的通信方法，允许界面终端设备和面向终端的过程能通过一个标准过程进行互相交互。应用Telnet协议能够把本地用户所使用的计算机变成远程主机系统的一个终端。

用户必须知道远程主机的Ip地址或域名，及远程主机用户名

安全隐患：明文传输

本地主...

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计网重点知识总结复习

weixin_53919192的博客

09-23

4254

本文为大家写了计网重点知识总结复习，希望对你有帮助

计算机网络知识点全面总结（有这一篇就够了！！！）

为什么以太网最大的结点数是1024????-CSDN社区

太网最大的结点数是1024????-CSDN社区

社区

通信技术帖子详情为什么以太网最大的结点数是1024???? 3ktg 2004-04-25 11:15:41 大家一定帮忙！！！谢啦

...全文

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用AI写文章 13 条回复切换为时间正序请发表友善的回复… 发表回复打赏红包需支付: 0.00 元取消确定 zhang5765 2004-04-27 打赏举报回复应该和硬件设备有关，交换机的使用。

因为交换机现在最大支持1024个mac地址，所以以太网最大也就只能连接1024个接点。

（以上为个人理解，如果有错误的地方还请大家指出） pyyukiki 2004-04-26 打赏举报回复结点的多少和冲突是没有关系的。

楼主要描述的是不是这个意思：一个数据报从源端到目的端经历的结点数量最大是1024？

而如果单讨论整个互联网中的结点总数的话，我想远远不止1024吧。 shootingstars 2004-04-26 打赏举报回复以太网和楼上说的ipv4没有关系吧。

只听说以太网有距离限制，倒没有听说有节点的限制。是不是节点多了，冲突的可能性增大？

pyyukiki 2004-04-26 打赏举报回复楼主这个信息哪里看到的，有点不合理啊。或者是描述的有误。 3ktg 2004-04-26 打赏举报回复 up 3ktg 2004-04-26 打赏举报回复好像都不是吧，求高手快来解救啊 wwu123ming 2004-04-26 打赏举报回复（CSMA/CD）！接点多了，碰闯的可能性就大，对传输不利！ pyyukiki 2004-04-26 打赏举报回复呵呵，我理解错了。

fierygnu(va_list)说的正解。 shootingstars 2004-04-26 打赏举报回复楼上到底是说的什么，是以太网还是IP协议？

以太网是广播的。一个以太网中的节点多，当然发送信息是冲突的可能就大。以太网是指的遵循802.3协议（CSMA/CD）的网络。 fierygnu 2004-04-26 打赏举报回复 http://expert.csdn.net/Expert/TopicView3.asp?id=2931338 3ktg 2004-04-25 打赏举报回复 up bm1408 2004-04-25 打赏举报回复 2的10次方计算机网络第五版谢希仁答案第一章概述

1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务？

答：连通性和共享

1-02 简述分组交换的要点。

答：（1）报文分组，加首部

（2）经路由器储存转发

（3）在目的地合并

1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

答：（1）电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。

（2）报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。

（3）分组交换：具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。

1-04 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？

答：融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。

1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段的主要特点。

答：从单个网络APPANET向互联网发展；TCP/IP协议的初步成型

　建成三级结构的Internet；分为主干网、地区网和校园网；

　形成多层次ISP结构的Internet；ISP首次出现。

1-06 简述因特网标准制定的几个阶段？

答：（1）因特网草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC 文档。

　（2）建议标准(Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。

（3）草案标准(Draft Standard)

（4）因特网标准(Internet Standard)

1-07小写和大写开头的英文名字 internet 和Internet在意思上有何重要区别？

答：（1） internet（互联网或互连网）：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。；协议无特指

　　（2）Internet（因特网）：专用名词，特指采用 TCP/IP 协议的互联网络

区别：后者实际上是前者的双向应用

1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？

答：按范围：（1）广域网WAN：远程、高速、是Internet的核心网。

（2）城域网：城市范围，链接多个局域网。

（3）局域网：校园、企业、机关、社区。

（4）个域网PAN：个人电子设备

按用户：公用网：面向公共营运。专用网：面向特定机构。

1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？

答：主干网：提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信

本地接入网：主要支持用户的访问本地，实现散户接入，速率低。

1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x（bit）。从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b(b/s)。在电路交换时电路的建立时间为s(s)。在分组交换时分组长度为p(bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察k段链路共有几个结点。）

答：线路交换时延：kd+x/b+s, 分组交换时延：kd+(x/p)*(p/b)+ (k-1)*(p/b)

其中(k-1)*(p/b)表示K段传输中，有(k-1)次的储存转发延迟，当s>(k-1)*(p/b)时，电路交换的时延比分组交换的时延大，当x>>p,相反。

1-11 在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit),其中p为分组的数据部分的长度，而h为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(b/s)，但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取为多大？（提示：参考图1-12的分组交换部分，观察总的时延是由哪几部分组成。）

答：总时延D表达式，分组交换时延为：D= kd+(x/p)*((p+h)/b)+ (k-1)*(p+h)/b

D对p求导后，令其值等于0，求得p=[(xh)/(k-1)]^0.5

1-12 因特网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？

答：边缘部分：由各主机构成，用户直接进行信息处理和信息共享;低速连入核心网。

　核心部分：由各路由器连网，负责为边缘部分提供高速远程分组交换。

1-13 客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？

答：前者严格区分服务和被服务者，后者无此区别。后者实际上是前者的双向应用。

1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标？

答：速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返时间RTT，利用率

1-15 假定网络利用率达到了90%。试估计一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？

解：设网络利用率为U。，网络时延为D，网络时延最小值为D0

U=90%;D=D0/(1-U)---->D/ D0=10

　现在的网络时延是最小值的10倍

1-16 计算机通信网有哪些非性能特征？非性能特征与性能特征有什么区别？

答：征：宏观整体评价网络的外在表现。性能指标：具体定量描述网络的技术性能。

1-17 收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：

（1）数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。

（2）数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。

从上面的计算中可以得到什么样的结论？

解：（1）发送时延：ts=107/105=100s

传播时延tp=106/(2×108)=0.005s

（2）发送时延ts =103/109=1µs

传播时延：tp=106/(2×108)=0.005s

结论：若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高，则传播时延就可能是总时延中的主要成分。

1-18 假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为：

（1）10cm（网络接口卡）

（2）100m（局域网）

（3）100km（城域网）

（4）5000km（广域网）

试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。

解：（1）1Mb/s:传播时延=0.1/(2×108)=5×10-10

比特数=5×10-10×1×106=5×10-4

1Gb/s: 比特数=5×10-10×1×109=5×10-1

（2）1Mb/s: 传播时延=100/(2×108)=5×10-7

比特数=5×10-7×1×106=5×10-1

1Gb/s: 比特数=5×10-7×1×109=5×102

(3) 1Mb/s: 传播时延=100000/(2×108)=5×10-4

比特数=5×10-4×1×106=5×102

1Gb/s: 比特数=5×10-4×1×109=5×105

(4)1Mb/s: 传播时延=5000000/(2×108)=2.5×10-2

比特数=2.5×10-2×1×106=5×104

1Gb/s: 比特数=2.5×10-2×1×109=5×107

1-19 长度为100字节的应用层数据交给传输层传送，需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部工18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。

若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？

解：（1）100/（100+20+20+18）=63.3%

（2）1000/（1000+20+20+18）=94.5%

1-20 网络体系结构为什么要采用分层次的结构？试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。

答：分层的好处：以太网的最短帧长为什么是64位？为什么以太网帧的长度最短64字节,最长1518字节? 只有硬件公司才会为这些底层网络知识，sighn~ 「网络工程师」必备学习内容！深度理解以太网——为什么以太网必须使用ARP协议？ 1. 什么是以太网？

以太网（Ethernet）是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，是局域网的一种，其主要是通过MAC地址识别各个结点。

那什么是MAC地址呢？

MAC地址（Media Access Control Address）是一种标识符，用来标记网络中的每个设备，就像我们每个人的身份证号一样。MAC 地址采用十六进制数表示，共 6 个字节（48 位），长度为 48bit。整个地址前 24 位代表 IEEE 的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分了不同的厂家；后 24 位是由厂家自己分配的，以太网，令牌网，FDDI,ATM到底是什么？有什么区别？ Ethernet 是LAN的一种

局域网（Local Area Network；LAN）

通常我们常见的“LAN”就是指局域网，这是我们最常见、应用最广的一种网络。现在局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎

每个单位都有自己的局域网，有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。很明显，所谓局域网，那就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域高速以太网高速以太网

注：速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。

1. 几种简单的高速以太网

1.1 100BASE-T 以太网——快速以太网

100BASE-T是在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星形拓扑以太网。

仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。

它又称为快速以太网(Fast Ethernet)。

用户只需更换一张适配器，再配上一个100Mb/s的集线器，就可很方便地由10BASE-T

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以太网（Ethernet） - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册以太网（Ethernet）以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连…查看全部内容关注话题管理分享百科讨论精华视频等待回答详细内容以太网（英语：Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测）的总线技术。概述：1990年代的以太网网卡或叫NIC（Network Interface Card，以太网适配器）。这张卡可以支持基于同轴电缆的10BASE2 (BNC连接器，左)和基于双绞线的10BASE-T（RJ-45，右）。以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体——光以太。每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。以太网通讯具有自相关性的特点，这对于电信通讯工程十分重要。CSMA/CD共享介质以太网：带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台电脑要发送信息时，在以下行动与状态之间进行转换：开始 - 如果线路空闲，则启动传输，否则跳转到第4步。发送 - 如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小回报时间（min echo receive interval）以确保所有其他转发器和终端检测到冲突，而后跳转到第4步。成功传输 - 向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式。线路繁忙 - 持续等待直到线路空闲。线路空闲 - 在尚未达到最大尝试次数之前，每隔一段随机时间转到第1步重新尝试。超过最大尝试传输次数 - 向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的介质（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将延迟指数增长时间后再次尝试。延迟的时间通过截断二进制指数后移（英语：Exponential_backoff）（truncated binary exponential backoff）算法来实现。最初的以太网是采用同轴电缆来连接各个设备的。电脑通过一个叫做附加单元接口（Attachment Unit Interface，AUI）的收发器连接到电缆上。一条简单网路线对于一个小型网络来说很可靠，而对于大型网络来说，某处线路的故障或某个连接器的故障，都会造成以太网某个或多个网段的不稳定。因为所有的通信信号都在共享线路上传输，即使信息只是想发给其中的一个终端（destination），却会使用广播的形式，发送给线路上的所有电脑。在正常情况下，网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息，接收到目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求，除非网卡处于混杂模式（Promiscuous mode）。这种“一个说，大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点，因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽，所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢，比如电源故障之后，当所有的网络终端都重新启动时。以太网中继器和集线器：在以太网技术的发展中，以太网集线器（Ethernet Hub）的出现使得网络更加可靠，接线更加方便。因为信号的衰减和延时，根据不同的介质以太网段有距离限制。例如，10BASE5同轴电缆最长距离500米（1,640英尺）。最大距离可以通过以太网中继器实现，中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段，但是只能有4个设备（即一个网段最多可以接4个中继器）。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题：当一段同轴电缆断开，所有这个段上的设备就无法通讯，中继器可以保证其他网段正常工作。类似于其他的高速总线，以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆，电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器，如果不这么做，就会发生类似电缆断掉的情况：总线上的AC信号当到达终端时将被反射，而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突，从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离，增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能，可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来，这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。随着应用的拓展，人们逐渐发现星型的网络拓扑结构最为有效，于是设备厂商们开始研制有多个端口的中继器。多端口中继器就是众所周知的集线器（Hub）。集线器可以连接到其他的集线器或者同轴网络。第一个集线器被认为是“多端口收发器”或者叫做“fanouts”。最著名的例子是DEC的DELNI，它可以使许多台具有AUI连接器的主机共享一个收发器。集线器也导致了不使用同轴电缆的小型独立以太网网段的出现。像DEC和SynOptics这样的网络设备制造商曾经出售过用于连接许多10BASE-2细同轴线网段的集线器。非屏蔽双绞线（unshielded twisted-pair cables , UTP）最先应用在星型局域网中，之后也在10BASE-T中应用，最后取代了同轴电缆成为以太网的标准。这项改进之后，RJ45电话接口代替了AUI成为电脑和集线器的标准线路，非屏蔽3类双绞线/5类双绞线成为标准载体。集线器的应用使某条电缆或某个设备的故障不会影响到整个网络，提高了以太网的可靠性。双绞线以太网把每一个网段点对点地连起来，这样终端就可以做成一个标准的硬件，解决了以太网的终端问题。采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构，但在逻辑上仍然是总线型的，半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法，集线器对于减少数据包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口，所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总传输量受到单个连接速度的限制（10或100 Mbit/s），这还是考虑在前同步码、传输间隔、标头、档尾和封装上都是最小花费的情况。当网络负载过重时，冲突也常常会降低传输量。最坏的情况是，当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时，可能因冲突过多导致网络的负载在仅50%左右程度就满载。为了在冲突严重降低传输量之前尽量提高网络的负载，通常会先做一些设定以避免类似情况发生。桥接和交换：尽管中继器在某些方面分隔了以太网网段，使得电缆断线的故障不会影响到整个网络，但它向所有的以太网设备转发所有的数据。这严重限制了同一个以太网网络上可以相互通信的机器数量。为了减轻这个问题，桥接方法被采用，在工作在物理层的中继器之基础上，桥接工作在数据链路层。通过网桥时，只有格式完整的数据包才能从一个网段进入另一个网段；冲突和数据包错误则都被隔离。通过记录分析网络上设备的MAC地址，网桥可以判断它们都在什么位置，这样它就不会向非目标设备所在的网段传递数据包。像生成树协议这样的控制机制可以协调多个交换机共同工作。早期的网桥要检测每一个数据包，因此当同时处理多个端口的时候，数据转发比Hub（中继器）来得慢。1989年网络公司Kalpana发明了EtherSwitch，第一台以太网交换机。以太网交换机把桥接功能用硬件实现，这样就能保证转发数据速率达到线速。大多数现代以太网用以太网交换机代替Hub。尽管布线方式和Hub以太网相同，但交换式以太网比共享介质以太网有很多明显的优势，例如更大的带宽和更好的异常结果隔离设备。交换网络典型的使用星型拓扑，虽然设备在半双工模式下运作时仍是共享介质的多节点网，但10BASE-T和以后的标准皆为全双工以太网，不再是共享介质系统。交换机启动后，一开始也和Hub一样，转发所有数据到所有端口。接下来，当它记录了每个端口的地址以后，他就只把非广播数据发送给特定的目的端口。因此线速以太网交换可以在任何端口对之间实现，所有端口对之间的通讯互不干扰。因为数据包一般只是发送到他的目的端口，所以交换式以太网上的流量要略微小于共享介质式以太网。然而，交换式以太网仍然是不安全的网络技术，因为它很容易因为ARP欺骗或者MAC满溢而瘫痪，同时网络管理员也可以利用监控功能抓取网络数据包。当只有简单设备（除Hub之外的设备）连接交换机端口时，整个网络可能处于全双工模式。如果一个网段只有2个设备，那么冲突探测也不需要了，两个设备可以随时收发数据。这时总带宽是链路的2倍，虽然双方的带宽相同，但没有发生冲突就意味着几乎能利用到100%的带宽。交换机端口和所连接的设备必须使用相同的双工设置。多数100BASE-TX和1000BASE-T设备支持自动协商特性，即这些设备通过信号来协调要使用的速率和双工设置。然而，如果自动协商功能被关闭或者设备不支持，则双工设置必须通过自动检测进行设置或在交换机端口和设备上都进行手工设置以避免双工错配——这是以太网问题的一种常见原因（设备被设置为半双工会报告迟发冲突，而设备被设为全双工则会报告runt）。许多较低层级的交换机没有手工进行速率和双工设置的能力，因此端口总是会尝试进行自动协商。当启用了自动协商但不成功时（例如其他设备不支持），自动协商会将端口设置为半双工。速率是可以自动感测的，因此将一个10BASE-T设备连接到一个启用了自动协商的10/100交换端口上时将可以成功地创建一个半双工的10BASE-T连接。但是将一个配置为全双工100Mb工作的设备连接到一个配置为自动协商的交换端口时（反之亦然）则会导致双工错配。即使电缆两端都设置成自动速率和双工模式协商，错误猜测还是经常发生而退到10Mbps模式。因此，如果性能差于预期，应该查看一下是否有计算机设置成10Mbps模式了，如果已知另一端配置为100Mbit，则可以手动强制设置成正确模式。.当两个节点试图用超过电缆最高支持数据速率（例如在3类线上使用100Mbps或者3类/5类线使用1000Mbps）通信时就会发生问题。不像ADSL或者传统的拨号Modem通过详细的方法检测链路的最高支持数据速率，以太网节点只是简单的选择两端支持的最高速率而不管中间线路，因此如果速率过高就会导致链路失效。解决方案为强制通讯端降低到电缆支持的速率。以太网类型：除了以上提到的不同帧类型以外，各类以太网的差别仅在速率和配线。因此，同样的网络协议栈软件可以在大多数以太网上执行。以下的章节简要综述了不同的正式以太网类型。除了这些正式的标准以外，许多厂商因为一些特殊的原因，例如为了支持更长距离的光纤传输，而制定了一些专用的标准。很多以太网卡和交换设备都支持多速率，设备之间通过自动协商设置最佳的连接速度和双工方式。如果协商失败，多速率设备就会探测另一方使用的速率但是默认为半双工方式。10/100以太网端口支持10BASE-T和100BASE-TX。10/100/1000支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T。部分以太网类型局域网（英语：Local Area Network，简称LAN）是连接住宅、学校、实验室、大学校园或办公大楼等有限区域内计算机的计算机网络。相比之下，广域网（WAN）不仅覆盖较大的地理距离，而且还通常涉及固接专线和对于互联网的链接。相比来说互联网则更为广阔，是连接全球商业和个人电脑的系统。在历经使用了链式局域网（英语：ARCNET）、令牌环与AppleTalk技术后，以太网和Wi-Fi（无线网络连接）是现今局域网最常用的两项技术。机理：局域网（Local Area Network, LAN），又称内网。指覆盖局部区域（如办公室或楼层）的计算机网络。按照网络覆盖的区域（距离）不同，其他的网络类型还包括个人网、城域网、广域网等。早期的局域网网络技术都是各不同厂家所专有，互不兼容。后来，电机电子工程师学会推动了局域网技术的标准化，由此产生了IEEE 802系列标准。这使得在建设局域网时可以选用不同厂家的设备，并能保证其兼容性。这一系列标准覆盖了双绞线、同轴电缆、光纤和无线等多种传输介质和组网方式，并包括网络测试和管理的内容。随着新技术的不断出现，这一系列标准仍在不断的更新变化之中。以太网（IEEE 802.3标准）是最常用的局域网组网方式。以太网使用双绞线作为传输介质。在没有中继的情况下，最远可以覆盖200米的范围。最普及的以太网类型数据传输速率为100Mb/s，更新的标准则支持1000Mb/s和10Gb/s的速率。其他主要的局域网类型有令牌环和FDDI（光纤分布数字接口，IEEE 802.8）。令牌环网络采用同轴电缆作为传输介质，具有更好的抗干扰性；但是网络结构不能很容易的改变。FDDI采用光纤传输，网络带宽大，适于用作连接多个局域网的骨干网。近两年来，随着802.11标准的制定，无线局域网的应用大为普及。这一标准采用2.4GHz 和5.8GHz 的频段，数据传输速度最高可以达到300Mbps和866Mbps。局域网标准定义了传输介质、编码和介质访问等底层（一二层）功能。要使数据通过复杂的网络结构传输到达目的地，还需要具有寻址、路由和流量控制等功能的网络协议的支持。TCP/IP（传输控制协议/互联网络协议）是最普遍使用的局域网网络协议。它也是互联网所使用的网络协议。其他常用的局域网协议包括，IPX、AppleTalk等。在无线 LAN 中，用户可以在覆盖区域内不受限制地移动。无线网络因其易于安装而在住宅和小型企业中流行起来。大多数无线局域网都使用 Wi-Fi，因为它内置于智能手机、平板电脑和笔记本电脑中。客人通常可以通过热点服务上网。网络拨接互联网（英语：Internet）是指20世纪末期兴起电脑网络与电脑网络之间所串连成的庞大网络系统。这些网络以一些标准的网络协议相连。它是由从地方到全球范围内几百万个私人、学术界、企业和政府的网络所构成，通过电子、无线和光纤网络技术等等一系列广泛的技术联系在一起。互联网承载范围广泛的信息资源和服务，比方说相互关系的超文本文件，还有万维网（WWW）的应用、电子邮件、通话，以及文件共享服务。互联网的起源可以追溯到1960年代美国联邦政府委托进行的一项研究，目的是创建容错与电脑网络的通信。互联网的前身ARPANET最初在1980年代作为区域学术和军事网络连接的骨干。1980年代，NSFNET（英语：NSFNET）成为新的骨干而得到资助，以及其他商业化扩展得到了私人资助，这导致了全世界网络技术的快速发展，以及许多不同网络的合并结成更大的网络。到1990年代初，商业网络和企业之间的连接标志着向现代互联网的过渡。尽管互联网在1980年代只被学术界广泛使用，但商业化的服务和技术，令其极快的融入了现代每个人的生活。互联网并不等同万维网，互联网是指凡是能彼此通信的设备组成的网络就叫互联网，指利用TCP/IP通讯协定所创建的各种网络，是国际上最大的互联网，也称“国际互联网”。万维网是一个由许多互相链接的超文本组成的系统，通过互联网访问。在此定义下，万维网是互联网的一项服务。不过多数民众并不区分两者，常常混用。连接技术：任何需要使用互联网的计算机必须通过某种方式与互联网进行连接。互联网接入技术的发展非常迅速，带宽由最初的14.4Kbps发展到目前的100Mbps甚至1Gbps带宽，接入方式也由过去单一的电话拨号方式，发展成现在多样的有线和无线接入方式，接入终端也开始朝向移动设备发展。并且更新更快的接入方式仍在继续地被研究和开发。架构：最顶层的是一些应用层协议，这些协议定义了一些用于通用应用的数据报结构，包括FTP及HTTP等。中间层是UDP协议和TCP协议，它们用于控制数据流的传输。UDP是一种不可靠的数据流传输协议，仅为网络层和应用层之间提供简单的接口。而TCP协议则具有高的可靠性，通过为数据报加入额外信息，并提供重发机制，它能够保证数据不丢包、没有冗余包以及保证数据包的顺序。对于一些需要高可靠性的应用，可以选择TCP协议；而相反，对于性能优先考虑的应用如流媒体等，则可以选择UDP协议。最底层的是互联网协议，是用于报文交换网络的一种面向数据的协议，这一协议定义了数据包在网际传送时的格式。目前使用最多的是IPv4版本，这一版本中用32位定义IP地址，尽管地址总数达到43亿，但是仍然不能满足现今全球网络飞速发展的需求，因此IPv6版本应运而生。在IPv6版本中，IP地址共有128位，“几乎可以为地球上每一粒沙子分配一个IPv6地址”。IPv6目前并没有普及，许多互联网服务提供商并不支持IPv6协议的连接。但是，可以预见，将来在IPv6的帮助下，任何家用电器都有可能连入互联网。互联网承载着众多应用程序和服务，包括万维网、社交媒体、电子邮件、移动应用程序、多人电子游戏、互联网通话、文件分享和流媒体服务等。提供这些服务的大多数服务器托管于数据中心，并且通过高性能的内容分发网络访问。万维网（英语：World Wide Web）亦作WWW、Web、全球广域网，是一个透过互联网访问的，由许多互相链接的超文本组成的信息系统。英国科学家蒂姆·伯纳斯-李于1989年发明了万维网。1990年他在瑞士CERN的工作期间编写了第一个网页浏览器。网页浏览器于1991年1月向其他研究机构发行，并于同年8月向公众开放。罗伯特·卡里奥设计的Web图标万维网是信息时代发展的核心，也是数十亿人在互联网上进行交互的主要工具。网页主要是文本文件格式化和超文本置标语言（HTML）。除了格式化文字之外，网页还可能包含图片、视频、声音和软件组件，这些组件会在用户的网页浏览器中呈现为多媒体内容的连贯页面。万维网并不等同互联网，万维网只是互联网所能提供的服务其中之一，是靠着互联网运行的一项服务。参考文献： Wendell Odom. CCENT/CCNA ICND1 100-105 Official Cert Guide. Cisco Press. 2016: 43页. ISBN 978-1-58720-580-4.Internet协议观念与实现ISBN 9577177069Internet协议观念与实现ISBN 9577177069IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-2 p.109IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-6 p.111网络化生存，乔岗，中国城市出版社，1997年，ISBN 978-7-5074-0930-7Richard J. Smith, Mark Gibbs, Paul McFedries 著，毛伟、张文涛译，Internet漫游指南，人民邮电出版社，1998年. ISBN 978-7-115-06663-3世界是平的，汤马斯·佛里曼著，2005年出版. ISBN 978-986-80180-9-9内容采用CC BY-SA 3.0授权。浏览量2690 万讨论量9728 帮助中心知乎隐私保护指引申请开通机构号联系我们举报中心涉未成年举报网络谣言举报涉企侵权举报更多关于知乎下载知乎知乎招聘知乎指南知乎协议更多京 ICP 证 110745 号 · 京 ICP 备 13052560 号 - 1 · 京公网安备 11010802020088 号 · 京网文[2022]2674-081 号 · 药品医疗器械网络信息服务备案（京）网药械信息备字（2022）第00334号 · 广播电视节目制作经营许可证:（京）字第06591号 · 服务热线：400-919-0001 · Investor Relations · © 2024 知乎北京智者天下科技有限公司版权所有 · 违法和不良信息举报：010-82716601 · 举报邮箱：jubao@zhihu.

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Ethernet 概论 - 简书

rnet 概论 - 简书登录注册写文章首页下载APP会员IT技术Ethernet 概论要上班的斌哥关注赞赏支持Ethernet 概论Ethernet 简介

Ethernet（以太网）是过去三十年中最成功的局域网技术，是第一个被广泛应用的局域网技术，它的传输速度范围在 10Mbps - 100Gbps。以太网技术起源于施乐帕洛阿尔托研究中心的先锋技术项目，在 1987 年，DEC 与 Inter 加入 Xerox 共同制定了 10Mbps Ethernet 的标准。这个标准由 IEEE standard 802.3 组成。

对于 Ethernet 来说，一个重要的特点就是不可靠传输，接收端主机网卡不会发送资料接收成功或者接收失败的消息给发送端主机网卡。

另一个重要的特点是无需建立连线。发送端主机网卡在发送资料给接收端主机网卡的时候无需像打电话一样提前建立连线。

Ethernet 拓扑

总线拓扑（Bus Topology）

总线拓扑流行于 90 年代，它的特点是所有的节点均位于同一个碰撞区域，也就意味着节点同时传送会互相碰撞。

我们以单一网段为例，该网络是 10Base5（10Base5 表示线路材质为同轴电缆，10 表示该网络速度为 10Mbps，Base 表示这类线缆被用于基频系统，5 表示每一个网段最长为 500 米）。

image.png

从图中可以看出

1、为了保证数字信号的强度，以太网同轴电缆最长是 500 米。

2、每个节点都是连接到以太网。

3、收发器用来监测线路是否闲置，并且在负责信号的发送和接收，收发器的另一端直接连接在节点的网卡。

4、终端器可以用来吸收传送到线路末尾的信号，防止信号往回传送。

接下来我们以双网段为例，该网络是 10Base5。

image.png

从图中可以看出

1、多个以太网段可以使用中继器来连接。

2、中继器是一个用来传输数字信号的装置，用来复制信号。

3、为了保证数字信号的强度，规定 2 个节点不能有超过 4 台中继器，而同轴电缆单条线路最长为 500 米，这意味着一个以太网络的最大可达范围为 5 x 500 m = 2500 m 。

接下来我们以五网段为例，该网络是 10Base5。

image.png

从图中可以看出

1、网段 1 到网段 5 之间的线路长度为 2500，为以太网络的最大可达范围。

2、为了保证数字信号的强度，规定 2 个节点不能有超过 4 台中继器，而同轴电缆单条线路最长为 500 米，这意味着一个以太网络的最大可达范围为 5 x 500 m = 2500 m 。但是在这里有另外一种设计，网段 1

到网段 5 的路径使用 2 个 half-repeater 来增强信号，2 个 half-repeater 之间的距离有 1000 米。

第一代以太网技术 10Base5 使用同轴电缆，第二代以太网新技术使用比较细的缆线称作 10Base2。

image.png

更新一代的以太网技术是 10BaseT，线路材质使用的是双绞线。

image.png

使用 10BaseT 和集线器的常见网络型态如下图

image.png

星状拓扑（Star Topology）

现在的以太网络拓扑以星状拓扑最为流行，交换机位于星状拓扑最中间，主机与主机之间的 frame 不会互相碰撞。

image.png

交换机位于星状拓扑最中间，使用交换机有如下好处

1、加速以太网络集线器的传输速度

2、每一个以太网络接口都可以同时传输

介绍完了网络的总线拓扑和星状拓扑结构，那么接下来介绍信号是如何在线路传输的。

image.png

如上图所示，线路上的信号传输采用曼切斯特编码，每一个 bit 位都有一个电位变化，便于识别高电位和低电位。电位变化如同 clocks 一样可以用来让传送端和接收端进行时间同步。

Ethernet Frame 格式

介绍了网络的结构也介绍信号是怎么在线路传输，接下来介绍数据是怎么在网络上传输的。

Frame 封包格式

image.png

这是 Ethernet Frame 的格式，这个格式约定了数据包的表示方法。

1、Preamble：用于信号同步(101010...1010)

2、SFD：Frame 的分隔符，表示 Frame 要开始了（10101011）

3、DA：目的主机的网卡地址

4、SA：来源主机的网卡地址

5、Type：标明这个数据包应该被送到哪个上层协议，比如 IP,TCP/UDP

6、LLC：数据内容，最大数据量为 1500 bytes

7、PAD：当 LLC 的容量少于 46 bytes, 该栏位填充数据，直到数据量大于 46 bytes

8、FCS：用于错误检查

对于 Ethernet Frame 来说，最小封包为 64 bytes，最大封包为 1518 bytes。为什么要设计最大和最小封包呢？最小封包用来确定封包的传送是否发生了碰撞，最大封包是避免占用大量频宽，不符合网络设计的公平原则。

以太网网络地址

在网络中，每台主机都有一个唯一的以太网网络地址，不是 IP 地址，而是 MAC 地址。MAC 地址属于网卡，在网卡出场的时候就被烧录在网卡里面。MAC地址的形式是由冒号隔开的 6 个数字组成的序列号码，每个数字是由 8 个 bit 组成，以十六进制形式呈现。如 MAC 地址是十六进制 8:0:2b:e4:b1:2 ，转成二进制则是 00001000 00000000 00101011 11100100 10110001 00000010 。

既然 MAC 地址在网卡出场的时候就被烧录在网卡里面，那又是怎么保证每个网卡的 MAC 地址唯一呢？涉及到这个唯一性的问题，对于以太网来说，应该有一个网卡地址的集中管理机构，各个网卡制造商都会被分配或者购买得到不同的前缀地址，接下来各个网卡制造商所制造出来的网卡必须用其前缀地址来给自己制造的网卡分配地址。例如 AMD 被指定的 24 bit 的前缀为 8:0:20 。

以太网 Frame 传输特点

1、网卡会收到网络线路上经过的所有的 Frame，但是仅仅会接受目的地址是自己网卡地址的 Frame 。举个例子局域网内有 A,B,C,D,E 五台连接在同一个网段的主机，A 和 E 分别在网段的 2 端，假如 A 发送了一个 Frame 给 E,那么网段上的 B,C,D 三台主机同样可以接收到这个 Frame，而 E 主机的网卡辨认出这个 Frame 的目的地址是指向它自己的时候，E主机网卡会收下这个 Frame，并把这个 Frame 向上传送给主机。（在使用 Wireshark 这个抓包工具进行抓包的时候，我们就可以感受到这个以太网 Frame 传输特点）

2、网卡除了接受目的地址是自己网卡地址的 Frame，还会接受目的地址为广播地址的 Frame 。所有 bit 均为 1 的目的地址被用作广播地址,所有的网卡都会将目的地址为广播地址的 Frame 收下，然后上传给主机。

3、网卡除了接受目的地址是自己网卡地址的 Frame，还会接受目的地址为广播地址的 Frame ，也会接受目的地址为群播地址的 Frame，网卡接受群播地址的 Frame 的前提是网卡加入了该群组。群播地址是第一个 bit 为 1 但不是广播地址的地址。

Ethernet MAC 协议 -- CSMA/CD

如下图所示，任何传送到以太网的信号都会被广播到整个网络上，信号会往网段的 2 边端点方向传播，中继器会将信号转送到所有连接的网段，每一个网段的终端器会将信号吸收，以避免信号反弹回网段上。

image.png

既然信号有可能在网络上发生碰撞，那么网络要通过什么方式来尽量避免信号发生碰撞呢？以太网设计者设计了一个叫做 CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）的协议来尽量避免这种情况。

1.CSMA 运作

CSMA 是传输前先听。假如听到线路是空闲的，那么传输整个 Frame。假如听到线路是忙碌的，那么延后传输时间。

2.CSMA 碰撞问题

image.png

如上图，对于同一个网段上的主机 B 和主机 D 来说，主机 B 在 t0 时刻侦听线路是否空闲，此时线路空闲，那么主机 B 的网卡开始传输 Frame。主机 D 在 t1 时刻侦听线路是否空闲，此时主机 B 发送的信号还没有传输到主机 D，主机 D 侦听到线路空闲，那么主机 D 的网卡开始传输 Frame。那如上图所示，过一段时间后主机 B 和主机 D 的信号必然发生碰撞，但是主机 B 和主机 D 不管信号是否发生了碰撞，仍然继续传输。也就是说 CSMA 虽然规定了传输延迟的特点，但是碰撞仍然可能会发生，因为主机 B 和主机 D 可能不会听到互相正在传输资料。若是发生了碰撞，那么 Frame 的传输时间都会浪费掉，Frame

无法传输成功,造成网络资源浪费。

CSMA/CD (冲突检测)

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/collision detection，带有冲突检测的载波侦听多路存取）是多个节点在一条共用的线路上传输和接收 Frame ,载波侦听表示所有的节点可以侦听到线路是空闲还是忙碌，冲突检测表示一个节点在传输信号的时候会持续检测它发送的信号是否与其他节点发送的信号发生碰撞。

CSMA/CD 与 CSMA 的特点相同，都是传输前先听。假如听到线路是空闲的，那么传输整个 Frame。假如听到线路是忙碌的，那么延后传输时间。不同之处在于 CSMA/CD 可以再短时间内就可以侦测到信号发生碰撞而且碰撞发生后立即终端信号传输，降低网络资源的浪费。

image.png

CSMA/CD 与 CSMA 协议不同的是，在信号发生碰撞之后，CSMA/CD 协议可以侦测到信号发生碰撞，然后立即停止信号传输。所以从上图中可以看出信号碰撞的区域明显较小。

CSMA/CD 的问题

MAC 协议都是直接作用在网卡上面的，对于使用 CSMA/CD 协议的网卡来说，它传输 Frame 的过程是怎么样呢？

1、当网卡有一个 Frame 要传送且线路闲置，那么网卡会立即将 Frame 传送出去。

2、当网卡有一个 Frame 要传送且线路忙碌时，会等到线路闲置时再立即传输

3、由于以太网使用 1-persistent 协议，也就意味着每当线路从忙碌到闲置，网卡立马传送 Frame 的概率为 1，p-persistent 表示每当线路从忙碌到闲置时，网卡传送 Frame 的概率为 p (0 <= p <= 1)

正是因为 MAC 协议都是直接作用在网卡上面的，因此 CSMA/CD 协议是没有集中管理机制的。所以有可能发生同一个时间内有多个网卡同时传送 Frame 。同一个网络上的多个网卡可能同时侦测到线路是空闲状态，或者同时都在等待线路从忙碌到空闲状态。当遇到多个网卡同时传送 Frame 的时候，传送出去的 Frame 会在网络中发生碰撞。

CSMA/CD 碰撞处理

CSMA/CD 支持冲突检测，每一个传送端都有能力知道传送过程中信号是否发生了碰撞。当网卡检测到 Frame 和其他网卡的 Frame 发生碰撞的时候，网卡会先发送一段 32 bit 的干扰信号(jamming sequence)并且停止传输信号。发送干扰信号是让碰撞信号扰乱的更加彻底，使其他网卡能够轻易了解网络上有信号发生了碰撞。

在信号发生碰撞的时候，主机网卡发出的 Frame 最少有 96 bit ， 96 bit = 64 bit preamble + 32 bit jamming sequence 。当网卡只有传送 96 bit 的 Frame 就发生了碰撞，这表示 2 台发生信号碰撞的主机距离非常近。

当 2 台主机距离比较远的时候，信号传输需要比较长的时间，所以在检测出碰撞之前，主机已经传送了比较多的数据量。

Collision Window （碰撞窗口）

冲突检测需要的最长时间会发生在 2 台主机分别位于网络的 2 端。为了确认 Frame 在传输时候是否和其他 Frame 发生碰撞，主机在传送 Frame 的时候最少需要发送 512 bit。

image.png

为什么需要 512 bit 呢？

image.png

1、假设主机 A 开始传送 Frame 的时间点为 t

2、 a 表示信号从线路的开始一端传送到另一端所需要的时间

3、主机 A 传送的 Frame 的第一个 bit 到达主机 B 的时间为 t+a

4、假设主机 A 的 Frame 到达主机 B 的之前的一个无限短的时间内，主机 B 开始传送 Frame

5、主机 B 的 Frame 会和主机 A 的 Frame 发生碰撞，这个碰撞会立即被主机 B 侦测到，

6、主机 B 发送一端 32 bit 的干扰信号

7、主机 A 不会马上侦测到信号碰撞，直到收到主机 B 的 Frame，此时时间为 t + 2a

8、主机 A 为了能够侦测到碰撞，必须持续发送 Frame 直到时间点 t +2a，主机 A必须持续传送 2a 的时间，才能确认所有可能发生的碰撞

一个以太网的网络最大长度为 2500 m,任意 2 台主机之间最多有 4 个中继器，在这个网络架构之下，信号往返 2 端之间的时间被协议设定为 51.2 us ,那么在 10Mbps 的以太网络中，10 Mbps x 51.2 us = 512 bit。

Exponential Backoff Algorithm（指数退避算法）

在 CSMA/CD 协议中，主机网卡检测到碰撞了，也停止了 Frame 的传送。那么接下来主机网卡该做什么呢？接下来主机网卡等待一段时间后重新发送 Frame 。每次主机网卡重新发送 Frame 失败后，就要加倍等待时间然后再重新发送 Frame。将每次重新发送之间的延迟时间加倍的策略称作指数退避（Exponential Backoff）。

在使用指数退避算法中，

1、网卡第一次等待的时间不是为 0 就是 51.2 us,这 2 个值随机。

2、假如传送失败，再次重新传送前，需要等待 0，51.2us，102.4us，153.6us,这 4 个值随机。计算公式为 k * 51.2us (k = 0,1,2,3)

3、假如再发生第三次碰撞后，需要等待 k * 51.2us （k = 0 ... 2^3 -1,k 值随机选择）

4、一般来说，指数退避算法会随机在 0 到 2^n -1 之间选择一个 k 值，然后等待 k * 51.2 us，其中 n 是 Frame 的连续碰撞次数

CSMA/CD 协议总结

1、Frame 传送之前需要先进行载波侦听

2、传送 Frame 时需要继续侦听

3、如果同时有多个主机同时传送，那么会发生信号碰撞

4、在发生碰撞后使用指数退避算法产生随机延迟

5、如果线路侦测到忙碌，则延迟传送

6、Collision Window 时间被设定为 51.2 us

CSMA/CD 碰撞处理机制

1、干扰信号是由网卡产生的

2、Jam signal 是为了让所有参与碰撞的主机能够侦听到碰撞

3、碰撞后指数退避及重送机制（Truncated Binary Exponential Backoff Algorithm，BEBA）。随机延迟时间为 r * 51.2 us,其中 0<= r <= 2^k, k = MIN(n,10), n 是连续发生碰撞的次数, n<= 16

4、BEBA的缺点，后送先到。相对于因碰撞而等待时间比较长的主机，没有发生碰撞或者碰撞次数少的主机有比较高的机会可以成功传送 Frame

Ethernet 效率

image.png

以太网在负载较轻的情况下运行效率较好，在负载较重的情况下，会有比较多的网络频宽资源因为碰撞而浪费掉。

802.3 Ethernet 标准

image.png

以太网标准虽然有不同的网速,如 2 Mbps,10Mbps,100Mbps,1Gbps,10Gbps,100Gbps等，不同的硬件媒介，如光纤，同轴电缆等，但是有共同的 MAC 协议（CSMA/CD）和 Frame 数据格式。

总结

1、MAC 协议作用于网卡，网卡使用的MAC协议是 CSMA/CD

2、Ethernet 传输前无须建立连线，是不可靠传输

3、网络拓扑从 Bus Topology 到有交换机的 Star Topology

4、 Bus Topology 是半双工传输

5、Ethernet 在负载轻的状况下效率较好，负载重的状况下由于较多的碰撞导致效率较差

6、交换机可以实现全双工，点对点连接，不会产生碰撞

文章主要是介绍 Ethernet 的简单知识，作为网络方面的简单入门内容。这篇博客内容总结于黄能富教授的《CS01060 2017-秋季-計算機網路概論》课程，博客截图来源于课程 PPT。

参考

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD%91

http://www.sharecourse.net/sharecourse/course/view/courseInfo/1246

最后编辑于：2018.03.14 17:59:42©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者人面猴序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...沈念sama阅读 147,498评论 1赞 313死咒序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...沈念sama阅读 62,982评论 1赞 262救了他两次的神仙让他今天三更去死文/潘晓璐我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...开封第一讲书人阅读 98,157评论 0赞 216道士缉凶录：失踪的卖姜人文/不坏的土叔我叫张陵，是天一观的道长。经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？我笑而不...开封第一讲书人阅读 41,896评论 0赞 188港岛之恋（遗憾婚礼）正文为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...茶点故事阅读 49,817评论 1赞 265恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的文/花漫我一把揭开白布。她就那样静静地躺着，像睡着了一般。火红的嫁衣衬着肌肤如雪。梳的纹丝不乱的头发上，一...开封第一讲书人阅读 39,263评论 1赞 183城市分裂传说那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。我是一名探鬼主播，决...沈念sama阅读 30,808评论 2赞 281双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑文/苍兰香墨我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...开封第一讲书人阅读 29,561评论 0赞 175万荣杀人案实录序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...沈念sama阅读 32,984评论 0赞 222护林员之死正文独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋以下内容为张勋视角年9月15日...茶点故事阅读 29,659评论 2赞 225白月光启示录正文我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...茶点故事阅读 31,020评论 1赞 237活死人序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...沈念sama阅读 27,442评论 2赞 220日本核电站爆炸内幕正文年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...茶点故事阅读 31,913评论 3赞 214男人毒药：我在死后第九天来索命文/蒙蒙一、第九天我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...开封第一讲书人阅读 25,739评论 0赞 9一桩弑父案，背后竟有这般阴谋文/苍兰香墨我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。一阵脚步声响...开封第一讲书人阅读 26,228评论 0赞 174情欲美人皮我被黑心中介骗来泰国打工，没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。一个月前我还...沈念sama阅读 34,027评论 2赞 238代替公主和亲正文我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...茶点故事阅读 34,168评论 2赞 241推荐阅读更多精彩内容【笔记】谢希仁—计网五版：chapter three 数据链路层（一）数据链路层使用的信道有以下两种类型： ①点对点信道，一对一的点对点通信方式 ②广播信道，一对多的广播通信方式，复杂...dmmy大印阅读 2,830评论 0赞 3底层技术我们可以把因特网看成由许多主干网络组成，而这些主干网络由一些国际的、国家的和地区的ISP来运营。主干网通过一些连接...Zhang21阅读 2,934评论 0赞 6【笔记】谢希仁—计网五版：chapter three 数据链路层（二）接着一没有写完的 2.在数据链路层扩展以太网（网桥）网桥根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤，当网桥收...dmmy大印阅读 1,796评论 0赞 0基础网络概念1, 网络是什么计算机网络的组成组件：节点 (node)：节点主要是具有网络地址 (IP) 的设备之称。服务...求闲居士阅读 1,365评论 0赞 3计算机网络面经1. OSI，TCP/IP，五层协议的体系结构，以及各层协议 OSI分层（7层）：物理层、数据链路层、...iCaptain阅读 2,346评论 0赞 4评论0赞33赞4赞赞赏更

网络工程师必懂的以太网基础知识 - 知乎

网络工程师必懂的以太网基础知识 - 知乎首发于网络民工切换模式写文章登录/注册网络工程师必懂的以太网基础知识网络民工网络技术更多内容请关注微信公众号：网络民工前言以太网最早是指由DEC（Digital Equipment Corporation）、Intel和Xerox组成的DIX（DEC-Intel-Xerox）联盟开发并于1982年发布的标准。经过长期的发展，以太网已成为应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10 Mbit/s）、快速以太网（100 Mbit/s）、千兆以太网（1000 Mbit/s）和万兆以太网（10 Gbit/s）等。IEEE 802.3规范则是基于以太网的标准制定的，并与以太网标准相互兼容。在TCP/IP中，以太网的IP数据报文的封装格式由RFC894定义，IEEE802.3网络的IP数据报文封装由RFC1042定义。当今最常使用的封装格式是RFC894定义的格式，通常称为Ethernet_II或者Ethernet DIX。01 以太网基础知识1.1 以太网的网络层次以太网采用无源的介质，按广播方式传播信息。它规定了物理层和数据链路层协议，规定了物理层和数据链路层的接口以及数据链路层与更高层的接口。物理层物理层规定了以太网的基本物理属性，如数据编码、时标、电频等。物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即通信通道），物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（“0”或“1”）。实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体，但是，物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，而是指在物理媒体之上为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。数据链路层数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源设备网络层转发过来的数据可靠地传输到相邻节点的目的设备网络层。由于以太网的物理层和数据链路层是相关的，针对物理层的不同工作模式，需要提供特定的数据链路层来访问。这给设计和应用带来了一些不便。为此，一些组织和厂家提出把数据链路层再进行分层，分为媒体接入控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）。这样不同的物理层对应不同的MAC子层，LLC子层则可以完全独立。如图1-1所示。图1-1 以太网链路层的分层结构1.2 以太网的线缆标准从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：10BASE-210BASE-510BASE-T10BASE-F100BASE-T4100BASE-TX100BASE-FX1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-TX10GBASE-T10GBASE-LR10GBASE-SR在这些标准中，前面的10、100、1000、10G分别代表运行速率，中间的BASE指传输的信号是基带方式。10兆以太网线缆标准10兆以太网线缆标准在IEEE802.3中定义，线缆类型如表1-1所示。表1-1 10兆以太网线缆标准同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点故障就能导致整个网络崩溃。10BASE-2，10BASE-5是同轴电缆的物理标准，现在已经基本被淘汰。100兆以太网线缆标准100兆以太网又叫快速以太网FE（Fast Ethernet），在数据链路层上跟10M以太网没有区别，仅在物理层上提高了传输的速率。快速以太网线缆类型如表1-2所示。表1-2 快速以太网线缆标准10BASE-T和100BASE-TX都是运行在五类双绞线上的以太网标准，所不同的是线路上信号的传输速率不同，10BASE-T只能以10M的速度工作，而100BASE-TX则以100M的速度工作。100BASE-T4现在很少使用。千兆以太网线缆标准千兆以太网是对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从100Mbit/s提高了10倍，达到了1Gbit/s。千兆以太网线缆标准如表1-3所示。表1-3 千兆以太网线缆标准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100Mbit/s到1000Mbit/s的升级。千兆以太网物理层使用8B10B编码。在传统的以太网传输技术中，数据链路层把8位数据组提交到物理层，物理层经过适当的变换后发送到物理链路上传输。但变换的结果还是8比特。在光纤千兆以太网上，则不是这样。数据链路层把8比特的数据提交给物理层的时候，物理层把这8比特的数据进行映射，变换成10比特发送出去。万兆以太网线缆标准万兆以太网当前使用附加标准IEEE 802.3ae用以说明，将来会合并进IEEE 802.3标准。万兆以太网线缆标准如表1-4所示。表1-4 万兆以太网线缆标准100Gbps以太网线缆标准新的40G/100G以太网标准在2010年制定完成，当前使用附加标准IEEE 802.3ba用以说明。随着网络技术的发展，100Gbps以太网在未来会有大规模的应用。1.3 CSMA/CDCSMA/CD的概念根据以太网的最初设计目标，计算机和其他数字设备是通过一条共享的物理线路连接起来的。这样被连接的计算机和数字设备必须采用一种半双工的方式来访问该物理线路，而且还必须有一种冲突检测和避免的机制，以避免多个设备在同一时刻抢占线路的情况，这种机制就是所谓的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）。可以从以下三点来理解CSMA/CD：CS：载波侦听在发送数据之前进行侦听，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：冲突检测由于两个站点同时发送信号，信号叠加后，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。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。CSMA/CD的工作过程CSMA/CD的工作过程如下：如果线路空闲则发送数据。如果线路不空闲则一直等待。终端设备不停的检测共享线路的状态。如果有另外一个设备同时发送数据，两个设备发送的数据必然产生冲突，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。终端设备发送一连串干扰脉冲，然后等待一段时间之后再进行发送数据。发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备，特别是跟自己在同一个时刻发送数据的设备，线路上已经产生了冲突。检测到冲突后等待的时间是随机的。1.4 最小帧长由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须不能小于某个最小长度。以太网中，最小帧长为64字节，这是由最大传输距离和冲突检测机制共同决定的。规定最小帧长是为了避免这种情况发生：A站点已经将一个数据包的最后一个Bit发送完毕，但这个报文的第一个Bit还没有传送到距离很远的B站点。B站点认为线路空闲继续发送数据，导致冲突。图1-2 Ethernet_II的帧结构高层协议必须保证Data域至少包含46字节，这样加上以太网帧头的14字节和帧尾的4字节校验码正好满足64字节的最小帧长，如图1-2所示。如果实际数据不足46个字节，则高层协议必须填充一些数据单元。1.5 以太网的双工以太网的物理层存在半双工和全双工两种模式。半双工半双工的工作模式：任意时刻只能接收数据或者发送数据。采用CSMA/CD机制。有最大传输距离的限制。HUB工作在半双工模式。全双工在有L2交换机取代了HUB组建以太网后，以太网由共享式转变为交换式。而且用全双工代替了半双工，传输数据帧的效率大大提高，最大吞吐量达到双倍速率。全双工从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别CSMA/CD。全双工的工作模式：同一时刻可以接收和发送数据。最大吞吐量达双倍速率。消除了半双工的物理距离限制。当前制造的网卡、二层设备、三层设备都支持全双工模式，HUB除外。实现全双工的硬件保证：支持全双工的网卡芯片收发线路完全分离的物理介质点到点的连接1.5 以太网的自协商自动协商的目的最早的以太网都是10M半双工的，所以需要CSMA/CD等一系列机制保证系统的稳定性。随着技术的发展，出现了全双工，接着又出现了100M，以太网的性能大大改善。但是随之而来的问题是：如何保证原有以太网络和新以太网的兼容？于是，提出了自动协商技术来解决这种矛盾。自动协商的主要功能就是使物理链路两端的设备通过交互信息自动选择同样的工作参数。自动协商的内容主要包括双工模式、运行速率以及流控等参数。一旦协商通过，链路两端的设备就锁定在同样的双工模式和运行速率。以太网速率双工自协商在如下标准中定义：百兆以太网标准：IEEE 802.3uIEEE 802.3u规范将自协商作为可选功能。千兆以太网标准：IEEE 802.3zIEEE 802.3z规范将自协商作为强制功能，所有设备必须遵循并且必须默认启用自协商。自动协商原理自动协商是网络设备间建立连接的一种方式。它允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端，并接受对端可能传递过来的信息。设备双方根据彼此工作模式信息的交集，按照双方都支持的最优工作模式建立连接。对于使用双绞线连接的以太网，如果没有数据传输时，链路并不是一直空闲，而是每隔16ms发送一个高脉冲，用来维护链路层的连接，这种脉冲成为NLP（Normal Link Pulse）码流。在NLP码流中再插入一些频率更高的脉冲，可用来传递更多的信息，这串脉冲成为FLP（Fast Link Pulse）码流，如图1-3所示。自协商功能的基本机制就是将协商信息封装进FLP码流中，以达到自协商的目的。图1-3 脉冲插入示意图对于使用光模块和光纤连接的以太网，与使用双绞线连接的以太网类似，也是靠发送码流来进行自协商的，这种码流称为C码流，也就是配置（Configuration）码流。与电口不同的是，光口一般不协商速率，并且一般工作在双工模式，所以自协商一般只用来协商流控。如果协商通过，网卡就把链路置为激活状态，可以开始传输数据了。如果不能通过，则该链路不能使用。如果有一端不支持自动协商，则支持自动协商的一端选择一种默认的方式工作，一般情况下是10M半双工模式。自协商完全由物理层芯片设计实现，IEEE 802.3规范要求在下列任一情况下启动自协商：链路中断后恢复设备重新上电任何一端设备复位有重新自协商（Renegotiation）请求除此之外，连接双方并不会一直发送自协商码流。自协商并不使用专用数据包或带来任何高层协议开销。接口的自动协商规则当接口对接时，双方能否正常通信和两端接口设置的工作模式是否匹配相关。当两端接口都工作在相同类型的非自协商模式时，双方可以正常通信。当两端接口都工作在自协商模式时，双方通过协商可以正常通信，最终的协商结果取决于能力低的一端，通过自协商功能还可以协商流量控制功能。当两端接口一端的工作模式为自协商，对端为非自协商时，接口最终协商的工作模式和对端设置的工作模式相关。1.6 冲突域和广播域冲突域在传统的以粗同轴电缆为传输介质的以太网中，同一介质上的多个节点共享链路的带宽，争用链路的使用权，这样就会发生冲突，CSMA/CD机制中当冲突发生时，网络就要进行回退，这段回退的时间内链路上不传送任何数据。而且这种情况是不可避免的。同一介质上的节点越多，冲突发生的概率越大。这种连接在同一导线上的所有节点的集合就是一个冲突域。冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节点发出的报文（无论是单播、组播、广播）其余节点都可以收到。广播域因为网络中使用了广播，会占用带宽，降低设备的处理效率，必须对广播加以限制。比如ARP使用广播报文从IP地址来解析MAC地址。全1MAC地址FFFF-FFFF-FFFF为广播地址，所有节点都会处理目的地址为广播地址的数据帧。这种一个节点发送一个广播报文其余节点都能够收到的节点的集合，就是一个广播域。传统的网桥可以根据MAC表对单播报文进行转发，对于广播报文向所有的接口都转发，所以网桥的所有接口连接的节点属于一个广播域，但是每个接口属于一个单独冲突域。02 以太网交换2.1 二层交换原理二层交换设备工作在OSI模型的第二层，即数据链路层，它对数据包的转发是建立在MAC（Media Access Control ）地址基础之上的。二层交换设备不同的接口发送和接收数据独立，各接口属于不同的冲突域，因此有效地隔离了网络中物理层冲突域，使得通过它互连的主机（或网络）之间不必再担心流量大小对于数据发送冲突的影响。二层交换设备通过解析和学习以太网帧的源MAC来维护MAC地址与接口的对应关系（保存MAC与接口对应关系的表称为MAC表），通过其目的MAC来查找MAC表决定向哪个接口转发，基本流程如下：二层交换设备收到以太网帧，将其源MAC与接收接口的对应关系写入MAC表，作为以后的二层转发依据。如果MAC表中已有相同表项，那么就刷新该表项的老化时间。MAC表表项采取一定的老化更新机制，老化时间内未得到刷新的表项将被删除掉。设备判断目的MAC地址是不是广播地址：如果目的MAC地址是广播地址，那么向所有接口转发（报文的入接口除外）。如果目的MAC地址不是广播地址，根据以太网帧的目的MAC去查找MAC表，如果能够找到匹配表项，则向表项所示的对应接口转发，如果没有找到匹配表项，那么向所有接口转发（报文的入接口除外）。从上述流程可以看出，二层交换通过维护MAC表以及根据目的MAC查表转发，有效的利用了网络带宽，改善了网络性能。图1-6是一个二层交换的示例。图1-6 二层交换示例二层交换设备虽然能够隔离冲突域，但是它并不能有效的划分广播域。因为从前面介绍的二层交换设备转发流程可以看出，广播报文以及目的MAC查找失败的报文会向除报文的入接口之外的其它所有接口转发，当网络中的主机数量增多时，这种情况会消耗大量的网络带宽，并且在安全性方面也带来一系列问题。当然，通过路由器来隔离广播域是一个办法，但是由于路由器的高成本以及转发性能低的特点使得这一方法应用有限。基于这些情况，二层交换中出现了VLAN技术。2.2 三层交换原理三层交换机出现的背景早期的网络中一般使用二层交换机来搭建局域网，而不同局域网之间的网络互通由路由器来完成。那时的网络流量，局域网内部的流量占了绝大部分，而网络间的通信访问量比较少，使用少量路由器已经足够应付了。但是，随着数据通信网络范围的不断扩大，网络业务的不断丰富，网络间互访的需求越来越大，而路由器由于自身成本高、转发性能低、接口数量少等特点无法很好的满足网络发展的需求。因此出现了三层交换机这样一种能实现高速三层转发的设备。当然，三层交换机并不能完全替代路由器，路由器所具备的丰富的接口类型、良好的流量服务等级控制、强大的路由能力等仍然是三层交换机的薄弱环节。三层转发的原理目前的三层交换机一般是通过VLAN来划分二层网络并实现二层交换，同时能够实现不同VLAN间的三层IP互访。不同网络的主机之间互访的流程简要如下：源主机在发起通信之前，将自己的IP与目的主机的IP进行比较，如果两者位于同一网段（用网络掩码计算后具有相同的网络号），那么源主机直接向目的主机发送ARP请求，在收到目的主机的ARP应答后获得对方的物理层（MAC）地址，然后用对方MAC地址作为报文的目的MAC地址进行报文发送。当源主机判断目的主机与自己位于不同网段时，它会通过网关（Gateway）来递交报文，即发送ARP请求来获取网关IP地址对应的MAC，在得到网关的ARP应答后，用网关MAC作为报文的目的MAC发送报文。此时发送报文的源IP是源主机的IP，目的IP仍然是目的主机的IP。下面详细介绍一下三层交换的过程。如图1-7所示，通信的源、目的主机连接在同一台三层交换机上，但它们位于不同VLAN（网段）。对于三层交换机来说，这两台主机都位于它的直连网段内，它们的IP对应的路由都是直连路由。图1-7 三层转发原理示意网图中标明了两台主机的MAC、IP地址、网关，以及三层交换机的MAC、不同VLAN配置的三层接口IP。当 PC A向PC B发起PING时，流程如下：（假设三层交换机上还未建立任何硬件转发表项）根据前面的描述，PC A首先检查出目的IP地址10.2.1.2（PC B）与自己不在同一网段，因此它发出请求网关地址10.1.1.1对应MAC的ARP请求；L3 Switch收到PC A的ARP请求后，检查请求报文发现被请求IP是自己的三层接口IP，因此发送ARP应答并将自己的三层接口MAC（MAC Switch）包含在其中。同时它还会把PC A的IP地址与MAC地址对应（10.1.1.2与MAC A）关系记录到自己的ARP表项中去（因为ARP请求报文中包含了发送者的IP和MAC）；PC A得到网关（L3 Switch）的ARP应答后，组装ICMP请求报文并发送，报文的目的MAC（即DMAC）＝MAC Switch、源MAC（即SMAC）＝MAC A、源IP（即SIP）＝10.1.1.2、目的IP（即DIP）＝10.2.1.2；L3 Switch收到报文后，首先根据报文的源MAC+VLAN ID更新MAC表。然后，根据报文的目的MAC＋VLAN ID查找MAC地址表，发现匹配了自己三层接口MAC的表项，说明需要作三层转发，于是继续查找交换芯片的三层表项；交换芯片根据报文的目的IP去查找其三层表项，由于之前未建立任何表项，因此查找失败，于是将报文送到CPU去进行软件处理；CPU根据报文的目的IP去查找其软件路由表，发现匹配了一个直连网段（PC B对应的网段），于是继续查找其软件ARP表，仍然查找失败。然后L3 Switch会在目的网段对应的VLAN 3的所有接口发送请求地址10.2.1.2对应MAC的ARP请求；PC B收到L3 Switch发送的ARP请求后，检查发现被请求IP是自己的IP，因此发送ARP应答并将自己的MAC（MAC B）包含在其中。同时，将L3 Switch的IP与MAC的对应关系（10.2.1.1与MAC Switch）记录到自己的ARP表中去；L3 Switch收到PC B的ARP应答后，将其IP和MAC对应关系（10.2.1.2与MAC B）记录到自己的ARP表中去，并将PC A的ICMP请求报文发送给PC B，报文的目的MAC修改为PC B的MAC（MAC B），源MAC修改为自己的MAC（MAC Switch）。同时，在交换芯片的三层表项中根据刚得到的三层转发信息添加表项（内容包括IP、MAC、出口VLAN、出接口），这样后续的PC A发往PC B的报文就可以通过该硬件三层表项直接转发了；PC B收到L3 Switch转发过来的ICMP请求报文以后，回应ICMP应答给PC A。ICMP应答报文的转发过程与前面类似，只是由于L3 Switch在之前已经得到PC A的IP和MAC对应关系了，也同时在交换芯片中添加了相关三层表项，因此这个报文直接由交换芯片硬件转发给PC A；这样，后续的往返报文都经过查MAC表到查三层转发表的过程由交换芯片直接进行硬件转发了。从上述流程可以看出，三层交换机正是充分利用了“一次路由（首包CPU转发并建立三层硬件表项）、多次交换（后续包芯片硬件转发）”的原理实现了转发性能与三层交换的完美统一。03以太网交换应用场景如图1-8所示，某企业有IP电话、员工PC、网络打印机、移动终端、服务器等多种设备需要接入网络。图1-8 使用以太网技术组建企业网络示例可以使用以太网技术将众多的终端设备连接到网络，从而实现员工访问网络、拨打IP电话、员工PC访问服务器共享资源、通过网络实现远程打印、IT管理员统一管理等网络业务。发布于 2021-11-04 08:38网络工程师赞同 192 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录网络民工专注网络技术、欢迎给位读者相互交流，希望每一篇文章都能让您感兴趣，能留下您的脚印

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深入理解以太网网线原理 - 知乎首发于嵌入式工程猫的专栏切换模式写文章登录/注册深入理解以太网网线原理嵌入式工程猫译者按：大部分人都知道，百兆以太网只用了 RJ45 端口中的 2 对 4 根线，分别为 TX、RX 的差分信号。千兆以太网用了 RJ45 端口中的全部 4 对 8 根线，但是这 4 对 8 根线是怎么定义的？哪些属于 TX，哪些属于 RX？我也不知道，而且以前居然没有认真去了解过，所以我决定找一篇与此相关的文章翻译一下，分享给大家。本文是“攻玉计划”的一部分，翻译自 https://www.practicalnetworking.net/stand-alone/ethernet-wiring/当我们谈到“以太网”的时候，我们可能会讨论各种概念，包括所有线缆规格（10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T 等等）。这些协议规定了导线上的电平（即 0/1 信号）是如何传递的，也规定了如何将电平信号解析为数据帧。本来，此文只想简单介绍一下交叉线和直通线之间的基本区别，但基于我们的原则，我们觉得应该更深入一些。首先，我们会先介绍一些术语，并消除一些歧义，然后回答一些基本的问题：我们为什么要用交叉线或者直通线？到底什么是双绞线？一个个比特位是如何在线上传播的？最后，我们会综合这些概念，并探讨一下千兆以太网的相关标准。术语解释即使你刚接触网络通信不久，也应该听说了很多网线相关的概念，例如“以太网”“双绞线”“RJ45”“屏蔽线”“非屏蔽线”等。但这些概念代表了什么含义？互相之间又有什么异同？有没有什么概念被误用了？坦白而言，这些概念经常被误用，不妨看看：8P8C这是网线两端接口的物理标准，表示它有 8 个卡口位（Position）和 8 个触点（Contacts）。这也定义了此塑料透明接口的外形设计和尺寸。RJ45标准插座接口（Registered Jack）第 45 号标准定义了线缆中导线的个数以及线序，并规定使用 8P8C 的物理接口。特别地，RJ45 定义了两种线序标准：T568a 和 T568b：请注意，两个标准唯一的实际区别是第 2 对线和第 3 对线的颜色不同。很多人经常用 RJ45 来指代 8P8C 插口，但这是不对的。还有另一种叫 RJ61 的类似标准，也使用了 8P8C 的插口，但其内部的线序不一样。标准插座接口定义家族中还有很多其他 RJxx 的接口，但接线定义和物理尺寸都不一样。双绞线双绞线是一种组合线缆，包含了 8 根独立的导线，其中每两根作为一对，每对的两根线互相绞绕在一起。由此得到 4 对导线，每对导线作为一个数据传输通道。导线成对出现这一概念很重要，我们在后文中会讲到，简而言之，这有助于减少电磁干扰（EMI）。通常，双绞线有两种规格：屏蔽线及非屏蔽线。注意，不管哪种规格，网线中都有 4 对导线，也就是 4 个独立的数据通道。非屏蔽线非屏蔽线（Unshielded Twisted Pair）（UTP）在实际工程部署中更为常见。它对外部的电磁噪声没有额外的防护，但得益于双绞线的固有特性，其数据传输也非常可靠。我们将在后文详细阐述。非屏蔽线更便宜，物理韧性更好，也更软。这些优点使得非屏蔽线在大多数场合更受欢迎。屏蔽线屏蔽线（Shielded Twisted Pair）（STP）在每对双绞线、以及全部 4 对导线最外侧都包有额外的金属屏蔽壳，这有助于隔离信号传输时的电磁噪声。但同时，如果屏蔽壳的某个地方出现了破损，或者屏蔽壳在网线两端没有都良好接地，它自身可能会成为一个天线，并且会因为空间中随处可见的无线电波（比如 Wi-Fi 信号）而给信号传输带来额外的电磁噪声。更为甚者，屏蔽线必须与带屏蔽的 8P8C 插头一起使用，才能实现全链路端到端的屏蔽功能。显然，屏蔽线肯定更贵，也比非屏蔽线更脆弱，因为如果屏蔽线被过度弯曲的话，其屏蔽壳很容易破损。因此，屏蔽线的使用场合比非屏蔽线少得多。屏蔽线通常只会用在对电磁屏蔽高度敏感的场合，例如，网线紧挨着发电机或者重型机械的输电线等。以太网就像我们之前说的，以太网（Ethernet）是一系列标准的合集，其中之一就是不同的接线规格：10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T 等等。以太网协议也定义了每个比特（1 和 0）如何在线缆上传输，以及如何将这些比特流组合为有意义的数据帧。例如，以太网规定每帧数据的前 56 个比特必须是交替出现的 1 和 0（即“前导码”），接下来 8 个比特必须是 10101011（即帧起始标志），再接下来 48 个比特是目标 MAC 地址，然后是 48 个比特的源 MAC 地址……直到整个数据帧被全部传输完毕。接下来，我们将讨论以太网标准中不同规格的接线规格。BASE T* 相关术语本节讲述的概念都与网线内部的导线如何使用相关。例如，哪些用来发送数据，哪些用来接收数据，如何发送信号，以及电压等级。BASE T* 这一概念有三个组成部分，所以在我们讲述特定的标准之前，先来单独了解一下它们，以 100 BASE-T 为例：100BASE-T 中的“100”开头的数字表示网线每秒可以传输多少“兆（百万）”比特，即 Mbps。100Mbps 的网线理论上每秒可传输 100,000,000 个比特，大概每秒 12.5 兆字节（MBps），注意大写的 B 和小写的 b 分别代表字节和比特。这一速率的网线有时被称为“快速以太网”，这是相较于 10Mbps 的“普通以太网”以及 1000Mbps 的“吉比特以太网”而言的。100BASE-T 中的“BASE”base 这个概念是“基带”（baseband）信号的缩写，对应的概念是“宽带”（broadband）信号。这些概念刚出现的时候，其区别是：基带在介质中传输数字信号，宽带在介质中传输模拟信号。数字信号和模拟信号的区别在于其可被解析的值个数。模拟信号可以表示无数种不同的值，例如，我们可以用一根线上某个特定的电压值来表示一个绿色的像素点，而另一个电压值来表示红色的像素点，以此类推，这样，这根线就能传输一张图片上的每一个像素点。数字信号可以表示有限个不同的值，通常就两个：1 和 0。如果上述的图片用一根数字信号线来传输的话，我们会传输一系列 1 和 0 的信号流。接收端可以解析这些二进制数据为一系列数字，例如基于 RGB 颜色编码，就能构造出每一个像素点。也就是说，数字信号和模拟信号的主要区别就是，模拟信号线上可获得无穷多中不同的值，而数字信号线上，要么是 0，要么是 1，不可能出现第三种情况。如此一来，数字信号传输具有更高的容错率，因为导线上的电压范围只被分为了两种情况（1 或者 0）。译者按：原文在此处举了更多的例子来详细阐述“模拟信号”和“数字信号”的区别，但译者认为过于冗余，故略去这部分篇幅。100BASE-T 中的“-T”“-T”表示其为双绞线（Twisted Pair）。相似的标准还有“-2”及“-5”，表示其是最大长度为 200 和 500 米的同轴电缆，以及“-SR”和“-LR”，表示其为短距离（Short Range）和长距离（Long Range）光纤。以上解释了 BASE T* 相关术语的三个独立部分，我们现在可以探讨下快速以太网的两个重要规范（对于吉比特以太网的相关规范，我们会在后文继续探讨）：100BASE-T4100BASE-T4 使用了网线中全部 4 对 8 根线。其中一对仅仅用于发送信号（TX），一对仅仅用于接收信号（RX）。剩下两对既可以用于 RX 也可以用于 TX，这通过网线两端设备的协商来决定具体用途。T4 是双绞线早期的标准之一，但由于其过于复杂且必要性不强，如今已很少使用。100BASE-TX100BASE-TX 只使用了网线中的 2 对 4 根线，其中一对用于 TX，另一对用于 RX，剩下两根线没有使用。你完全可以做一根只有 4 根线的网线以实现 100BASE-TX 的所有功能，只要插口触点位置正确即可（位号1，2，3，6），但通常网线铺设过程中，另外 4 根线也保留了下来，用于占位，并适配未来可能的场景升级。100BASE-TX （包括全部 8 根线）是如今最常用的快速以太网标准。但是，它通常被简写成了 100BASE-T。再强调一下，T 只表示其为双绞线，而 TX 才表示其使用了 1&2 及 3&6 两对线。以上介绍可从实用性和技术性的角度帮读者理解相关概念。而在实际情况中，即使你不理解原理，直接使用这些产品也非常简单，就算犯一些小错误，也是允许的。为什么使用交叉线网上能找到很多“交叉线”及“直通线”应用场景的相关教程，但他们一般很少解释其原理。本节我们会深入探讨一下相关概念。100BASE-TX 及 10BASE-T 标准中定义的网线，都包含 8 根导线，两两以双绞线的形式结合为 4 对。在这四对线中，实际只用到两对：第 2、3 对。每根线都是单工的介质，也就是说，信号只能按照指定的单方向传输。为了实现全双工通讯，某对线将始终沿某个方向传输数据，而另一对线将始终沿相反的方向传输数据。网络接口卡（Network Interface Card）（NIC）的配置会决定哪对线用于发送数据，哪对线用于接收数据。使用第 2 对线（1 号和 2 号引脚）发送数据（TX）、且使用第 3 对线（3 号和 6 号引脚）接收（RX）数据的的 NIC 被称作介质相关接口（Media Dependent Interface）（MDI），与之相反，使用第 3 对线作为 TX、第 2 对线作为 RX 的 NIC 被称为交叉模式介质相关接口（Media Dependent Interface Crossover）（MDI-X）。电脑之间直连通讯假设一台电脑使用 MDI 模式的 NIC ，那么它就总是用第 2 对线发送数据，用第 3 对线接收数据。但如果两台用网线连接在一起的电脑都用第 2 对线发送数据，那么就会产生冲突。与此同时，两台电脑也都无法从第 3 对线上接收到数据。因此，网线对需要交叉一下，以便从一台电脑的第 2 对线发送的数据，会被另一台电脑的第 3 对线接收到，反之亦然。下图是一个简单的示意（无需在意示意图中线的颜色，这只是为了区分两个不通的路径而已）：注意，两台电脑都在独立的通道上发送数据，并且依靠交叉线机制（如图所示中间的 X），两台电脑都能接收到对方发送的数据。因此，两台电脑直连后，必须使用交叉线才能通讯。电脑之间通过交换机通讯交换机使得同一网络下两台电脑的通讯变得更简单。交换机的 NIC 都采用 MDI-X 标准，也就是说，交换机总是在第 3 对线上发送数据，在第 2 对线上接收数据（与电脑的 NIC 相反）。也就是说，交换机内部有一个交叉的机制，网线本身也就不需要交叉了：可见，连接在交换机上的电脑可以直接使用直通线，让交换机处理线序交叉即可。端到端的通讯路径也是一样的：每个设备都在自己的 TX 线上发送数据，在 RX 线上接收数据。电脑之间通过两个串联的交换机我们刚刚讨论了，两台电脑直连，需要使用交叉线；类似的，两台交换机之间也需要交叉线：在这种情况下，端到端的通讯路径也与上述方式无异。路由器与集线器那么，路由器和集线器呢？他们用了怎样的 NIC ？实际情况是，路由器与电脑类似，使用了 MDI 标准（第 2 对线是 TX，第 3 对线是 RX），因此，你可以将上述图片中的任意电脑换成路由器，通讯路径分析也是一样的。而集线器与交换机类似，使用 MDI-X 标准。译者按：此处的“路由器”是狭义上仅具有“路由”功能的设备，不等于常见的家用无线路由器以太网线序图前文讲到，RJ45 的导线颜色有两种标准：T568a 和 T568b。双绞线两侧所使用的标准决定了其是交叉线还是直通线。要想做一根直通线，只要保证线两端的标准一致就行了，都是 T568a 或者都是 T568b：要想做一根交叉线，只需其中一端为 T568a，另一端为 T568b 即可。注意，第 1 对线和第 4 对线没有使用（蓝色对和棕色对）。理论上你的网线中可以去掉这几根线，但是去掉之后剩下的线排列起来有些困难。另外，这两对线因为用不到，所以无需交叉。但是，吉比特以太网标准需要用到全部 8 根线，所以为了一致性，通常所有网线对都被交叉。我们会在后文讨论吉比特以太网。最后需要注意的是，数据信号本身并不在乎导线的颜色，只要它们连在了正确的接口上就能通讯。但能用不代表就是一个好主意，颜色乱接的话，后续维护起来就是噩梦。助记图综上所述，我们可以把交叉线和直通线的用法画作一张图：之所以这么摆放，是因为这样画起来更方便。我们把 L1、L2 层的设备画在左右两侧，L3 层设备画在上下两边，然后两两连接。关于网络协议分层请参见 OSI 模型。小结一下：L1/L2 层设备互相连接，需要交叉线；L1/L2 层设备与 L3 层设备连接，需要直通线；L3 层设备互相连接，需要交叉线。或者更简单：同则交叉异则直通自动 MDI-X即使知道了什么时候该用直通线，什么时候该用交叉线，对于网络工程师来说，布线也常常是个头疼的事情。于是，出现了一个新技术，可以自动分析两台设备的接口模式，并决定是否要交叉 TX/RX。这个技术叫做“自动 MDI-X”。使用自动 MDI-X 技术，任意两台设备之间都可以通过直通线连接，并让两端动态确定是否需要交叉 TX 和 RX。自动 MDI-X 是 100BASE-T 实现中的一个可选功能，而在所有吉比特以太网设备中是必须的。自动 MDI-X 的工作原理那么，自动 MDI-X 是如何实现的？两端的设备如何确定哪对线是 TX 或 RX？如果有必要的话，哪一边的设备会交换 TX 和 RX？本节会介绍其内部工作原理。记住，交叉线的目的是让一方的 TX 连接到另一方的 RX。也就是说，一方的 NIC 必须用 MDI 标准，另一方必须是 MDI-X 标准。自动 MDI-X 是这样实现这一功能的：双方都先生成 1-2047 中的一个随机数，如果随机数是奇数，那么这一方会将自己的 NIC 配置为 MDI-X 模式；如果是偶数，则配置为 MDI 模式。而后双方就开始在其所选择的 TX 线上发送连接脉冲信号。如果双方都能在自己的 RX 线上收到对方的连接脉冲，那么就代表协商完成，因为双方都能在 TX 线上发，在 RX 线上收。如果双方都不能收到对方的连接脉冲，那么它们肯定都随机到了奇数或都随机到了偶数。因此，它们中的某一方必须将自身的 TX 和 RX 交换。但是双方不能同时交换 TX 和 RX，因为这样一来依然是冲突的。因此，我们设计了一个系统，以随机的时间间隔切换 TX/RX 对，直到双方成功协商。前文提到随机生成的数字（1-2047）会循环变化，以便双方能选择一个新的标准（MDI 或者 MDI-X）。但是这个数字不能每次加 1，因为这样的话，双方都会从奇数变为偶数，或者偶数变为奇数。换句话说，如果双方一开始都选择了 MDI 模式，如果同时加 1，它们都会切换为 MDI-X 模式，依然无法协商。所以，这个随机数使用了叫“线性反馈移位寄存器”的设备以实现循环变化。线性反馈移位寄存器（Linear-Feedback Shift Register）（LFSR）是一种算法，它会循环遍历某个范围内的所有数字，而且在每一个循环内不会重复。这些数字以一种可预测的、但随机的顺序循环出现（也就是说，它们不按照大小顺序依次出现，但出现的位置是确定的）。举个例子，如果双方随机的初始值分别为 1000 和 2000，那么它们在 LFSR 序列中下一个数字的奇偶性是完全随机的。但如果双方随机到了同一个初始值，那么它们之后随机出来的数字依然是一样的。这个过程会一直持续下去，直到双方成功协商。现在问题来了，万一双方随机到了相同的数字，然后循环的时间间隔也一样呢？我们可以简单计算一下出现这种情况的几率：双方随机到相同数字的几率是 1/2047，双方选择相同时间间隔的几率是 1/4，也就是说，双方同时切换 MDI/MDI-X 标准的几率是 1/8188。循环每大概 62ms 运行一遍，也就是说，每秒有大概 16 个循环（每次循环开始时都会重新随机一次）。那么双方在 1 秒之内始终是相同的循环时间的几率是 1/4,294,967,296 （42 亿分之一，1/2^32）。因此，二者结合，双方在一秒内始终随机到相同的随机数、且时间间隔也一样的几率是 1/8,791,798,054,912 （8.7万亿），这种事情几乎不可能发生，就算发生了，你再等一秒就行了。为什么使用双绞线在网络的物理连线上使用双绞线似乎毋庸置疑。但是，为什么呢？是什么源于让双绞线在网络布线选择中处于主导地位？有两个主要的原因，且都与电磁干扰（Electromagnetic Interference）（EMI）相关：使用双绞线可以极大减少导线向外辐射电磁干扰；使用双绞线可以减少外部电磁干扰对导线本身的影响。如果网线需要长距离与其他各种线缆捆绑在一起布置（比如数据中心或者配电箱），以上两个特性都是非常重要的。减少 EMI 向外辐射只要导线中有电流信号，那就一定会辐射 EMI，进而影响到周围的线缆——也就是通常所说的“串扰”。EMI 辐射可以通过额外的屏蔽装置补偿掉，但是大名鼎鼎的贝尔先生发明了抵消电磁干扰的绝妙方法。他的想法是使用两根导线，其中一根发送原始信号，另一根发送与原始信号完全相反的信号。如此一来，两根线会辐射恰好反向的 EMI，也就互相抵消了。简单解释一下，如果一根线发送 +10V 的电压，并辐射了 +0.01V 的 EMI；而另一根线同时发送 -10V 的电压，并辐射了 -0.01V 的 EMI。它们的 EMI 加起来就是 0。在电气工程中，这两根线通常被称为“差分对”，可以用 TX+ 和 TX- 来表示。这一发明可以实现不需要大量屏蔽的布线方案，也是当前非屏蔽线得以大量使用的原因之一。但现在我们只回答了“双绞线”中的“双”，至于为什么还要“绞”，我们继续往下看：减少外部 EMI 的吸收即使采用了上述的“差分线”，我们也无法避开所有外部的电磁干扰。无线网络、蓝牙、卫星通讯以及手机等都会成为空间中杂散的无线电波来源。但幸好贝尔又出现了，并设计了一种非常简单却很有效的方案以屏蔽电磁干扰。这一设计基于 EMI 的一个基本概念：离 EMI 辐射源越近，收到的干扰越强。如果两根线交替着靠近 EMI 辐射源，它们就能吸收同样多的辐射。如下图所示：蓝色线的初始电压是 +50V，绿线与之相反为 -50V。EMI 辐射源为图中的红圈，一圈圈向外辐射，离中心越远的圈层干扰电压越小。如果简单将图中每根线上绘制的点受到的干扰电压相加，会发现两根线都增加了 22V 的电压。尽管上图导线右侧的电压与左侧的不同，但是两根导线之间的电压差却总是一致的，一直都是 100V。EMI 对两根导线的影响是等同的。经过简单的计算与变换，即可根据最终的 100V 电压差得到初始信号分别为 +50V 和 -50V，如下图所示：提醒一下，以上 EMI 干扰相关电压数值被严重夸大了。实际上，正常情况下 EMI 带来的电压扰动是微伏（µV）级别的，即 1/1000,000 V。但原理依然是一样的。发送比特位上文讲到，网线中的数据是以数字信号的方式发送的，也就是一串 1 和 0 的数据流。但双绞线具体是如何发送数据的呢？我们接下来会用一个简化的模型来解释一下。发送数据信号，本质上来说就是在某段时间内，给导线加上变化的电压。收发双方会先协商好一个时钟频率，以确定传输的每一单位的电压信号将维持多长时间。简便起见，我们称之为“位号”。在给定的时间点，每一个位号只能表示线上传输的 0 或者 1。不同的标准会规定不同的电压等级，但由于我们简化了模型，所以不用管真正的电压是多少。但我们依然会使用 100BASE-TX 标准所规定的电压等级，即 +2.5V 和 -2.5V。如果要在某个位号上发送比特 1，发送方会向 TX+ 线上施加 +2.5V 电压；如果要发送比特 0，就向 TX+ 线上发送 -2.5V 电压。而 TX- 线则始终相反，比特 1 是 -2.5V，比特 0 是 +2.5V。下表是发送 110010101110 二进制序列的相关情况：注意上图不是网线的实体布局，只代表 TX+ 和 TX- 线上交替变化的电压信号。双绞线实际是均匀缠绕的。就像之前讲到的，每对中的两根线上的电压总是互为相反量，一切都很整齐，且在水平方向上是对称的。现在假设网线附近有 EMI 辐射源，我们在上表中添加一行噪声数据，然后看看最终会变成什么样：注意到，现在这幅图已经不再对称了。两根线仍然发送相反的电压，但加了一个偏置量。但是，接收端并不一定要完美的 +2.5V 和 -2.5V，它只需确定哪根线发送更高的电平。如果 TX+ 发送的是高电平，那么这个位号就表示 1，如果 TX- 是更高的电平，那么这个位号就表示 0。或者更简单，如果上图中蓝线在上面，就代表 1，黄线在上面，就代表 0。通过这种方式，接收端能一位一位地拼凑好整个数据，不管 EMI 对原始电平有怎样的干扰。可见，非屏蔽线不能消除电磁干扰，但能消除电磁干扰的影响。吉比特以太网我们已经详细介绍了快速以太网（100Mbps），现在我们继续讨论一下吉比特以太网（千兆以太网，1000Mbps 或者 1Gbps）。首要的区别就是，吉比特以太网标准需要用到全部 4 对 8 根线，不像百兆网只用到 2 对。因此，在制造吉比特以太网网线时，全部 4 对线都需要交叉。前文讲到，RJ45 有两种不同的标准：T-568a 和 T-568b。下图描绘了 4 对线都交叉它们各自的样子：也就是说，吉比特以太网需要自动 MDI-X。所以，你可以直接在千兆网络中使用直通线，然后让网卡自动选择是否需要交叉。吉比特以太网有两种布线标准：1000BASE-TX此标准使用了全部 4 对线，但规定了其中两对线为 TX，另外两对线为 RX。理论上讲，这比 1000BASE-T 更简单，但是这需要更昂贵的 Cat6 网线，而不是常见的 Cat5 或 Cat5e 网线。因此，1000BASE-TX 在实际部署中并不常见。1000BASE-T这是当前应用最广泛的吉比特以太网标准。它以全双工模式同时使用了全部 4 对线，也就是说每对线都可以同时用作 RX 和 TX。这是通过“回声消除”技术实现的，我们会在下一节详细阐述。使用这种线序标准的最大优势是，你可以在现有的 Cat5e 网线上跑到千兆，而无需升级到更贵的 Cat6 网线。 1000BASE-T 经常被错误地指代 1000BASE-TX。这可能是因为在快速以太网协议中，占主导地位的标准是 100BASE-TX。另外很多时候，线缆标准也经常合起来称作 10/100/1000 BASE-TX。实际上，各个不同速率下，占主导的以太网协议分别是 10BASE-T、100BASE-TX 以及 1000BASE-T。在同一对线上实现全双工上节说到，1000BASE-T 标准可以在同一对线上同时发送和接收数据。在本节我们将解释这是如何实现的。首先，我们来做一个简单的类比。你应该有过这样的经历：在跟别人通电话时，如果对方开了免提，你就能在听筒中听到自己的声音。这是因为你的声音从对方的扬声器中发出，在空间中遇到障碍物反射，又被对方的麦克风接收。这就叫做回声。高端的电话可以从麦克风收到的声波中剔除扬声器发出的声波——这个技术就叫做回声消除。回声消除也是吉比特以太网能够在同一对线上同时发送和接收数据的基础。基本原理就是，如果你知道你发送了什么信号，那么你就能从你收到的信号中将其剔除。前文讲到，发送信号本质上是往导线上施加电压。反之，接收信号就是读取导线上的电压值。如果发送方往某根导线上施加了以下电压：+0.5V, +1V, -2V, -1V同时，也是发送方，它在同一个导线上读取到了以下电压值：+1.5V, 0V, -2.5V, +1V那么，发送方可做一个减法，用读取值减去其发送的值，这样就能得到对方往这根线上加了多高的电压：+1V, -1V, -0.5V, +2V如此一来，同一根线就能在同一时间，同时发送和接收数据了。再次强调，上述电压值仅仅为了解释原理，实际情况下，电压值可能完全不同，还会包含 EMI 等。同时，我们刚刚只讨论了双绞线中的一根线，另一根线仍然会承载反向的电压。使用这种技术，全部 4 对线都可被同时用作 TX 和 RX。另外与前面几节的讨论相同，由于采用了双绞线，它们都还会消除入方向和出方向的 EMI。总结读到这里，你应该对以太网和双绞线的知识点有一个宏观的理解了。这些年我们学习并整理出了这篇文章，原来看似简单的网线居然囊括了这么多技术点，现在感觉很对不起那些被我随便就扔掉的网线了。以太网线充满了许多我们本以为理所当然的技术，但实际却很复杂。本文为了便于理解，也省略了很多细节，如果读者有兴趣可以继续研究。编辑于 2024-02-29 14:41・IP 属地江苏网络工程以太网（Ethernet）赞同 24719 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录嵌入式工程猫的专栏嵌入式物联网全栈系统

以太网详解（二） - 知乎

以太网详解（二） - 知乎首发于网络工程师切换模式写文章登录/注册以太网详解（二）swiers思唯网络学苑5、最小帧长由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须不能小于某个最小长度。以太网中，最小帧长为64字节，这是由最大传输距离和冲突检测机制共同决定的。规定最小帧长是为了避免这种情况发生：A站点已经将一个数据包的最后一个Bit发送完毕，但这个报文的第一个Bit还没有传送到距离很远的B站点。B站点认为线路空闲继续发送数据，导致冲突。图1 Ethernet_II的帧结构高层协议必须保证Data域至少包含46字节，这样加上以太网帧头的14字节和帧尾的4字节校验码正好满足64字节的最小帧长，如上图1所示。如果实际数据不足46个字节，则高层协议必须填充一些数据单元。6、以太网的双工模式以太网的物理层存在半双工和全双工两种模式。6.1、半双工：半双工的工作模式：任意时刻只能接收数据或者发送数据。采用CSMA/CD机制。有最大传输距离的限制。HUB工作在半双工模式。6.2全双工：在有L2交换机取代了HUB组建以太网后，以太网由共享式转变为交换式。而且用全双工代替了半双工，传输数据帧的效率大大提高，最大吞吐量达到双倍速率。全双工从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别CSMA/CD。全双工，同一时刻可以接收和发送数据。最大吞吐量达双倍速率。消除了半双工的物理距离限制。当前制造的网卡、二层设备、三层设备都支持全双工模式，HUB除外。实现全双工的硬件保证：支持全双工的网卡芯片；收发线路完全分离的物理介质；点到点的连接。7、以太网的自协商7.1、以太网自动协商的目的最早的以太网都是10M半双工的，所以需要CSMA/CD等一系列机制保证系统的稳定性。随着技术的发展，出现了全双工，接着又出现了100M，以太网的性能大大改善。但是随之而来的问题是：如何保证原有以太网络和新以太网的兼容？于是，提出了自动协商技术来解决这种矛盾。自动协商的主要功能就是使物理链路两端的设备通过交互信息自动选择同样的工作参数。自动协商的内容主要包括双工模式、运行速率以及流控等参数。一旦协商通过，链路两端的设备就锁定在同样的双工模式和运行速率。以太网速率双工自协商在如下标准中定义：百兆以太网标准：IEEE 802.3u，IEEE 802.3u规范将自协商作为可选功能。千兆以太网标准：IEEE 802.3z，IEEE 802.3z规范将自协商作为强制功能，所有设备必须遵循并且必须默认启用自协商。7.2、以太网自动协商原理自动协商是网络设备间建立连接的一种方式。它允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端，并接受对端可能传递过来的信息。设备双方根据彼此工作模式信息的交集，按照双方都支持的最优工作模式建立连接。对于使用双绞线连接的以太网，如果没有数据传输时，链路并不是一直空闲，而是每隔16ms发送一个高脉冲，用来维护链路层的连接，这种脉冲成为NLP（Normal Link Pulse）码流。在NLP码流中再插入一些频率更高的脉冲，可用来传递更多的信息，这串脉冲成为FLP（Fast Link Pulse）码流，如下图1所示。自协商功能的基本机制就是将协商信息封装进FLP码流中，以达到自协商的目的。图1 脉冲插入示意图对于使用光模块和光纤连接的以太网，与使用双绞线连接的以太网类似，也是靠发送码流来进行自协商的，这种码流称为C码流，也就是配置（Configuration）码流。与电口不同的是，光口一般不协商速率，并且一般工作在双工模式，所以自协商一般只用来协商流控。如果协商通过，网卡就把链路置为激活状态，可以开始传输数据了。如果不能通过，则该链路不能使用。如果有一端不支持自动协商，则支持自动协商的一端选择一种默认的方式工作，一般情况下是10M半双工模式。自协商完全由物理层芯片设计实现，IEEE 802.3规范要求在下列任一情况下启动自协商：链路中断后恢复；设备重新上电；任何一端设备复位；有重新自协商（Renegotiation）请求。除此之外，连接双方并不会一直发送自协商码流。自协商并不使用专用数据包或带来任何高层协议开销。接口的自动协商规则：当接口对接时，双方能否正常通信和两端接口设置的工作模式是否匹配相关。当两端接口都工作在相同类型的非自协商模式时，双方可以正常通信。当两端接口都工作在自协商模式时，双方通过协商可以正常通信，最终的协商结果取决于能力低的一端，通过自协商功能还可以协商流量控制功能。当两端接口一端的工作模式为自协商，对端为非自协商时，接口最终协商的工作模式和对端设置的工作模式相关。8冲突域和广播域8.1、冲突域在传统的以粗同轴电缆为传输介质的以太网中，同一介质上的多个节点共享链路的带宽，争用链路的使用权，这样就会发生冲突，CSMA/CD机制中当冲突发生时，网络就要进行回退，这段回退的时间内链路上不传送任何数据。而且这种情况是不可避免的。同一介质上的节点越多，冲突发生的概率越大。这种连接在同一导线上的所有节点的集合就是一个冲突域。冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节点发出的报文（无论是单播、组播、广播）其余节点都可以收到。8.2、广播域因为网络中使用了广播，会占用带宽，降低设备的处理效率，必须对广播加以限制。比如ARP使用广播报文从IP地址来解析MAC地址。全1MAC地址FFFF-FFFF-FFFF为广播地址，所有节点都会处理目的地址为广播地址的数据帧。这种一个节点发送一个广播报文其余节点都能够收到的节点的集合，就是一个广播域。传统的网桥可以根据MAC表对单播报文进行转发，对于广播报文向所有的接口都转发，所以网桥的所有接口连接的节点属于一个广播域，但是每个接口属于一个单独冲突域。9、MAC子层MAC（Media Access Control）子层负责完成下列任务：9.1、提供物理链路的访问MAC子层是物理层相关的，也就是说，不同的物理层有不同的MAC子层来进行访问。在以太网中，主要存在两种MAC子层：半双工MAC：物理层运行模式是半双工时提供访问。全双工MAC：物理层运行模式是全双工时提供访问。这两种MAC都集成在网卡中，网卡初始化的时候一般进行自动协商，根据自动协商的结果决定运行模式，然后根据运行模式选择相应的访问MAC。9.2、链路级的站点标识在数据链路层识别网络上的各个站点。也就是说，在该层次保留了一个站点地址，即MAC地址，来标识网络上的唯一一个站点。为了进行站点标识，在MAC子层用MAC地址来唯一标识一个站点。MAC地址由IEEE管理，以块为单位进行分配。一个组织（一般是制造商）从IEEE获得唯一的地址块，称为一个组织的OUI（Organizationally Unique Identifier）。获得OUI的组织可用该地址块为16777216个设备分配地址。MAC地址有48Bit，但通常被表示为12位的点分十六进制数。例如，48Bit的MAC地址000000001110000011111100001110011000000000110100，表示为12位点分十六进制就是00e0.fc39.8034。每个MAC地址的前6位（点分十六进制）代表OUI，后6位由厂商自己分配。例如，地址00e0.fc39.8034，前面的00e0.fc是IEEE分配给华为公司的OUI，后面的39.8034是由华为公司自己分配的地址编号。MAC地址中的第2bit指示该地址是全局唯一还是局部唯一。以太网一直使用全局唯一地址。MAC地址可分为下面几种类别：1、物理MAC地址这种类型的MAC地址唯一的标识了以太网上的一个终端，这样的地址是固化在硬件（如网卡）里面的。2、广播MAC地址这是一个通用的MAC地址，用来表示网络上的所有终端设备。广播MAC地址48Bit全是1，即ffff.ffff.ffff。3、组播MAC地址这是一个逻辑的MAC地址，用于代表网络上的一组终端。组播MAC地址第8Bit是1，例如000000011011101100111010101110101011111010101000。9.3、链路级的数据传输从LLC子层接收数据，附加上MAC地址和控制信息后把数据发送到物理链路上；在这个过程中提供校验等功能。数据的收发过程如下：当上层要发送数据的时候，把数据提交给MAC子层。MAC子层把上层提交来的数据放入缓存区。然后加上目的MAC地址和自己的MAC地址（源MAC地址），计算出数据帧的长度，形成以太网帧。以太网帧根据目的MAC地址被发送到对端设备。对端设备用帧的目的MAC地址，跟MAC地址表中的条目进行比较。只要有一项匹配，则接收该以太网帧。若无任何匹配的项目，则丢弃该以太网帧。以上描述的是单播的情况。如果上层应用程序加入一个组播组，数据链路层根据应用程序加入的组播组形成一个组播MAC地址，并把该组播MAC地址加入MAC地址表。这样当有针对该组的数据帧的时候，MAC子层就接收该数据帧并向上层发送。10、LLC子层在前文的介绍中提到了MAC子层形成的帧结构，包括IEEE802.3的帧和ETHERNET_II帧。在ETHERNET_II帧中，由Type字段区分上层协议，这时候就没有必要实现LLC子层，仅包含一个MAC子层。IEEE802.3帧中的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。这些特性都由DSAP、SSAP和Control字段提供。例如以下三种类型的点到点传输服务：1、无连接的数据包传输服务目前的以太网实现就是这种服务。2、面向连接的可靠的数据传输服务预先建立连接再传输数据，数据在传输过程中可靠性得到保证。3、无连接的带确认的数据传输服务。该类型的数据传输服务不需要建立连接，但它在数据的传输中增加了确认机制，使可靠性大大增加。下面通过一个例子来说明SSAP和DSAP的应用。假设终端系统A和终端系统B要使用面向连接的可靠的数据传输服务，这时候会发生如下过程：A给B发送一个数据帧，请求建立一个面向连接的可靠连接。B接收到以后，判断自己的资源是否够用（即是否建立了太多的连接），如果够用，则返回一个确认信息，该确认信息中包含了识别该连接的SAP值。A接收到回应后，知道B已经在本地建立了跟自己的连接。A也创建一个SAP值，来表示该连接，并发一个确认给B，连接建立。A的LLC子层把自己要传送的数据进行封装，其中DSAP字节填写的是B返回的SAP，SSAP字节填写的是自己创建的SAP，然后发给MAC子层。A的MAC子层加上MAC地址和LENGTH字段之后，发送到数据链路上。B的MAC子层接收到该数据帧之后，提交给LLC子层，LLC子层根据DSAP字段判断出该数据帧属于的连接。B根据该连接的类型进行相应的校验和确认，通过这些校验和确认后，才向上层发送。数据传输完毕之后，A给B发送一个数据帧来通知B拆除连接，通信结束。11、以太网帧结构11.1、Ethernet_II的帧结构图1 Ethernet_II的帧结构Ethernet_II的帧中各字段说明如下表1所示。 11.2、IEEE802.3的帧结构图2 IEEE802.3的帧结构如下图2所示，IEEE802.3帧格式类似于Ethernet_II帧，只是Ethernet_II帧的Type域被802.3帧的Length域取代，并且占用了Data字段的8个字节作为LLC和SNAP字段。其他字段请参见Ethernet_II的帧的字段说明。IEEE802.3帧根据DSAP和SSAP字段的取值又可分为以下几类：当DSAP和SSAP都取特定值0xff时，802.3帧就变成了Netware-ETHERNET帧，用来承载NetWare类型的数据。当DSAP和SSAP都取特定值0xaa时，802.3帧就变成了ETHERNET_SNAP帧。ETHERNET_SNAP帧可以用于传输多种协议。因此，SNAP可以被看作一种扩展，它允许厂商创建自己的以太网传输协议。ETHERNET_SNAP标准由IEEE802.1委员会制定，以保证IEEE802.3局域网和以太网之间的互操作性。DSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。发布于 2020-12-28 09:59以太网（Ethernet）计算机网络交换机赞同 141 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录网络

以太网 - 维基百科，自由的百科全书

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1历史

2概述

3CSMA/CD共享介质以太网

4以太网中继器和集线器

5桥接和交换

6类型

开关类型子章节

6.1早期的以太网

6.210Mbps乙太網

6.3100Mbps以太网（快速以太网）

6.41Gbps以太网

6.510Gbps以太网

6.6100Gbps以太网

7参考文献

8参見

9外部链接

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雲端（英语：Internet area network）

互联网

星际互联网（IPN）

查论编

「Ethernet」的各地常用名稱笔记本电脑上已插上网路线的以太网接口中国大陸以太网臺灣乙太網路

以太网（英語：Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE組織的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET。

以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，將能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。如此一來，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即載波多重存取/碰撞偵測）的总线技术。

历史[编辑]

以太网技术起源於施樂帕洛阿尔托研究中心的先锋技术项目。人们通常认为以太网发明于1973年，当年鲍勃.梅特卡夫（Bob 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：區域计算机网络的分布式封包交换技术》的文章。

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查论编

1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐（Xerox），成立了3Com公司。3Com对DEC、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日提出。当时业界有两个流行的非公用网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网浪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[哪個／哪些？]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。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研究，只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话，但这说明了这样一个技术观点：通常情况下，网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同，而正是因为以太网简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾经在麻省理工学院MAC项目（Project MAC）的同一层楼工作，当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文，在此期间奠定了以太网技术的理论基础。[來源請求]

概述[编辑]

1990年代的以太网网卡或叫NIC（Network Interface Card，以太网适配器）。这张卡可以支持基于同轴电缆的10BASE2 (BNC连接器，左)和基于双绞线的10BASE-T（RJ-45，右）。

以太网實作了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须取得电缆或者信道才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体——光以太。每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有節點能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。

以太网通讯具有自相关性的特点，这对于电信通讯工程十分重要。

CSMA/CD共享介质以太网[编辑]

带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台电脑要发送信息时，在以下行動與狀態之間進行轉換：

开始 - 如果线路空闲，则启动传输，否则跳转到第4步。

发送 - 如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小回報时间（min echo receive interval）以確保所有其他转发器和终端检测到冲突，而後跳轉到第4步。

成功传输 - 向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式。

線路繁忙 - 持續等待直到线路空闲。

线路空闲 - 在尚未達到最大尝试次數之前，每隔一段随机时间转到第1步重新嘗試。

超过最大尝试传输次数 - 向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。

就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都透過一个共同的媒介（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将延遲指数增长时间後再次嘗試。延遲的时间通过截斷二進位指數後移（英语：Exponential_backoff）（truncated binary exponential backoff）演算法来实现。

最初的以太网是采用同轴电缆来連接各个设备的。电脑透過一个叫做附加单元接口（Attachment Unit Interface，AUI）的收发器连接到电缆上。一條简单网路线对于一个小型网络来说很可靠，而对于大型网络来说，某处线路的故障或某个连接器的故障，都会造成以太网某个或多个网段的不稳定。

因为所有的通信信号都在共用线路上传输，即使信息只是想发给其中的一个终端（destination），卻會使用廣播的形式，發送給線路上的所有電腦。在正常情况下，网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息，接收到目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求，除非网卡处于混杂模式（Promiscuous mode）。这种“一个说，大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点，因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽，所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢，比如电源故障之后，当所有的网络终端都重新启动时。

以太网中继器和集线器[编辑]

在以太网技术的发展中，以太网集线器（Ethernet Hub）的出现使得网络更加可靠，接线更加方便。

因为信号的衰减和延时，根据不同的介质以太网段有距离限制。例如，10BASE5同轴电缆最长距离500米（1,640英尺）。最大距离可以透過以太网中继器实现，中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段，但是只能有4个设备（即一个网段最多可以接4个中继器）。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题：当一段同轴电缆断开，所有这个段上的设备就无法通讯，中继器可以保证其他网段正常工作。

类似于其他的高速总线，以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆，电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器，如果不这么做，就会发生类似电缆断掉的情况：总线上的AC信号当到达终端时将被反射，而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突，从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离，增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能，可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来，这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。

随着应用的拓展，人们逐渐发现星型的网络拓扑结构最为有效，于是设备厂商们开始研制有多个端口的中继器。多端口中继器就是众所周知的集线器（Hub）。集线器可以连接到其他的集线器或者同轴网络。

第一个集线器被认为是“多端口收发器”或者叫做“fanouts”。最著名的例子是DEC的DELNI，它可以使许多台具有AUI连接器的主机共用一个收发器。集线器也导致了不使用同轴电缆的小型独立以太网网段的出现。

像DEC和SynOptics这样的网络设备制造商曾经出售过用于连接许多10BASE-2细同轴线网段的集线器。

非屏蔽双绞线（unshielded twisted-pair cables , UTP）最先应用在星型局域网中，之后也在10BASE-T中应用，最後取代了同轴电缆成为以太网的标准。这项改进之后，RJ45电话接口代替了AUI成为电脑和集线器的标准線路，非屏蔽3类双绞线/5类双绞线成为标准载体。集线器的应用使某条电缆或某个设备的故障不会影响到整个网络，提高了以太网的可靠性。双绞线以太网把每一个网段点对点地连起来，这样终端就可以做成一个标准的硬件，解决了以太网的终端问题。

采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构，但在逻辑上仍然是总线型的，半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法，集线器对于减少封包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口，所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总傳輸量受到单个连接速度的限制（10或100 Mbit/s），这还是考虑在前同步码、傳輸間隔、檔頭、檔尾和封裝上都是最小花費的情况。当网络负载过重时，冲突也常常会降低傳輸量。最坏的情况是，当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时，可能因衝突過多導致网络的负载在仅50%左右程度就滿載。为了在冲突严重降低傳輸量之前尽量提高网络的负载，通常会先做一些设定以避免類似情況發生。

桥接和交换[编辑]

尽管中继器在某些方面分隔了以太网网段，使得电缆断线的故障不会影响到整个网络，但它向所有的以太网设备转发所有的数据。这严重限制了同一个以太网网络上可以相互通信的机器数量。为了减轻这个问题，桥接方法被采用，在工作在物理层的中继器之基础上，桥接工作在数据链路层。透過橋接器时，只有格式完整的数据包才能从一个网段进入另一个网段；冲突和数据包错误则都被隔离。透過记录分析网络上设备的MAC地址，网桥可以判断它们都在什么位置，这样它就不会向非目标设备所在的网段传递数据包。像生成树协议这样的控制机制可以协调多个交换机共同工作。

早期的网桥要检测每一个数据包，因此當同时处理多个端口的时候，数据转发比Hub（中继器）來得慢。1989年网络公司Kalpana发明了EtherSwitch，第一台以太网交换机。以太网交换机把桥接功能用硬件实现，这样就能保证转发数据速率达到线速。

大多数现代以太网用以太网交换机代替Hub。尽管布线方式和Hub以太网相同，但交换式以太网比共享介质以太网有很多明显的优势，例如更大的带宽和更好的异常结果隔离设备。交换网络典型的使用星型拓扑，雖然设备在半双工模式下運作時仍是共享介质的多節点网，但10BASE-T和以后的标准皆為全双工以太网，不再是共享介质系统。

交换机啟動后，一開始也和Hub一樣，转发所有数据到所有端口。接下来，当它記錄了每个端口的地址以后，他就只把非广播数据发送给特定的目的端口。因此线速以太网交换可以在任何端口对之间实现，所有端口对之间的通讯互不干扰。

因为数据包一般只是发送到他的目的端口，所以交换式以太网上的流量要略微小于共享介质式以太网。然而，交换式以太网仍然是不安全的网络技术，因为它很容易因为ARP欺骗或者MAC满溢而瘫痪，同时网络管理员也可以利用监控功能抓取网络数据包。

当只有简单设备（除Hub之外的设备）連接交换机端口時，整个网络可能處於全双工模式。如果一个网段只有2个设备，那么冲突探测也不需要了，两个设备可以随时收发数据。這時总带宽是鏈路的2倍，雖然雙方的頻寬相同，但没有发生冲突就意味着几乎能利用到100%的带宽。

交换机端口和所连接的设备必须使用相同的双工设置。多数100BASE-TX和1000BASE-T设备支持自动协商特性，即这些设备透過信号来协调要使用的速率和双工设置。然而，如果自动协商功能被關閉或者设备不支持，则双工设置必须透過自动检测进行设置或在交换机端口和设备上都进行手工设置以避免双工错配——这是以太网问题的一种常见原因（设备被设置为半双工会报告迟发冲突，而设备被设为全双工则会报告runt）。许多較低層級的交换机没有手工进行速率和双工设置的能力，因此端口总是会尝试进行自动协商。当启用了自动协商但不成功时（例如其他设备不支持），自动协商会将端口设置为半双工。速率是可以自动感测的，因此将一个10BASE-T设备连接到一个启用了自动协商的10/100交换端口上时将可以成功地建立一个半双工的10BASE-T连接。但是将一个配置为全双工100Mb工作的设备连接到一个配置为自动协商的交换端口时（反之亦然）则会导致双工错配。

即使电缆两端都设置成自动速率和双工模式协商，错误猜测还是经常发生而退到10Mbps模式。因此，如果性能差于预期，应该查看一下是否有计算机设置成10Mbps模式了，如果已知另一端配置为100Mbit，则可以手动强制设置成正确模式。

当两个节点试图用超过电缆最高支持数据速率（例如在3类线上使用100Mbps或者3类/5类线使用1000Mbps）通信时就会发生问题。不像ADSL或者传统的拨号Modem透過详细的方法检测鏈路的最高支持数据速率，以太网节点只是简单的选择两端支持的最高速率而不管中间线路，因此如果速率过高就会导致鏈路失效。解决方案為强制通讯端降低到电缆支持的速率。

类型[编辑]

除了以上提到的不同帧类型以外，各类以太网的差别仅在速率和配线。因此，同样的网络协议栈软件可以在大多数以太网上执行。

以下的章节简要综述了不同的正式以太网类型。除了这些正式的标准以外，许多厂商因为一些特殊的原因，例如为了支持更长距离的光纤传输，而制定了一些专用的标准。

很多以太网卡和交换设备都支持多速率，设备之间透過自动协商设置最佳的连接速度和双工方式。如果协商失败，多速率设备就会探测另一方使用的速率但是默认为半双工方式。10/100以太网端口支持10BASE-T和100BASE-TX。10/100/1000支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T。

部分以太网类型[1]

速度

常用名称

非正式的IEEE标准名称

正式的IEEE标准名称

线缆类型

最大传输距离

10Mbps

以太网

10BASE-T

802.3

双绞线

100m

100Mbps

快速以太网

100BASE-T

802.3u

双绞线

100m

1Gbps

吉比特以太网

1000BASE-LX

802.3z

光纤

5000m

1Gbps

吉比特以太网

1000BASE-T

802.3ab

双绞线

100m

10Gbps

10吉比特以太网

10GBASE-T

802.3an

双绞线

100m

早期的以太网[编辑]

参见：兆比特以太网

施乐以太网（Xerox Ethernet，又稱「全錄乙太網」）──是乙太網的雛型。最初的2.94Mbit/s以太网僅在全錄公司裡內部使用。而在1982年，Xerox與DEC及Intel組成DIX聯盟，並共同發表了Ethernet Version 2（EV2）的規格，並將它投入商場市場，且被普遍使用。而EV2的網絡就是目前受IEEE承認的10BASE5。[2]

10BROAD36 ──已经过时。一个早期的支持长距离以太网的标准。它在同轴电缆上使用，以一种类似线缆调制解调器系统的宽带调制技术。

1BASE5 ──也稱為星型局域网，速率是1Mbit/s。在商业上很失败，但同時也是双绞线的第一次使用。

10Mbps乙太網[编辑]

10BASE-T電纜

参见：十兆以太网

10BASE5（又稱粗纜（Thick Ethernet）或黃色電纜）──最早實現10 Mbit/s以太網。早期IEEE標準，使用單根RG-11同軸電纜，最大距離為500米，並最多可以連接100台電腦的收發器，而纜線兩端必須接上50歐姆的終端電阻。接收端透過所謂的「插入式分接頭」插入電纜的內芯和屏蔽層。在電纜終結處使用N型連接器。儘管由於早期的大量布設，到現在還有一些系統在使用，這一標準實際上被10BASE2取代。

10BASE2（又稱細纜（Thin Ethernet）或模擬網路）── 10BASE5後的產品，使用RG-58同軸電纜，最長轉輸距離約200米（實際為185米），僅能連接30台計算機，計算機使用T型適配器連接到帶有BNC連接器的網卡，而線路兩頭需要50歐姆的終結器。雖然在能力、規格上不及10BASE5，但是因為其線材較細、佈線方便、成本也便宜，所以得到更廣泛的使用，淘汰了10BASE5。由於雙絞線的普及，它也被各式的雙絞線網絡取代。

StarLAN ──第一個雙絞線上實現的以太網路標準10 Mbit/s。後發展成10BASE-T。

10BASE-T ──使用3類雙絞線、4類雙絞線、5類雙絞線的4根線（兩對雙絞線）100米。以太網集線器或以太網交換機位於中間連接所有節點。

FOIRL ──光纖中繼器鏈路。光纖以太網路原始版本。

10BASE-F ── 10Mbps以太網光纖標準通稱，2公里。只有10BASE-FL應用比較廣泛。

10BASE-FL ── FOIRL標準一種升級。

10BASE-FB ──用於連接多個Hub或者交換機的骨幹網技術，已廢棄。

10BASE-FP ──無中繼被動星型網，沒有實際應用的案例。

100Mbps以太网（快速以太网）[编辑]

参见：百兆以太网

快速以太网（Fast Ethernet）為IEEE在1995年發表的網路標準，能提供達100Mbps的傳輸速度。[2]

100BASE-T -- 下面三个100 Mbit/s双绞线标准通称，最远100米。

100BASE-TX -- 类似于星型结构的10BASE-T。使用2对电缆，但是需要5类电缆以达到100Mbit/s。

100BASE-T4 -- 使用3类电缆，使用所有4对线，半双工。由于5类线普及，已废弃。

100BASE-T2 -- 无产品。使用3类电缆。支持全双工使用2对线，功能等效100BASE-TX，但支持旧电缆。

100BASE-FX -- 使用多模光纤，最远支持400米，半双工连接（保证冲突检测），2km全双工。

100VG AnyLAN -- 只有惠普支持，VG最早出现在市场上。需要4对三类电缆。也有人怀疑VG不是以太网。

苹果的千兆以太网络接口

1Gbps以太网[编辑]

参见：吉比特以太网

1000BASE-SX的光信號與電氣信號轉換器

1000BASE-T -- 1 Gbit/s介质超五类双绞线或6类双绞线。

1000BASE-SX -- 1 Gbit/s多模光纤（取決於頻率以及光纖半徑，使用多模光纖時最長距離在220M至550M之間）。[3]

1000BASE-LX -- 1 Gbit/s多模光纤（小於550M）、單模光纖（小於5000M）。[4]

1000BASE-LX10 -- 1 Gbit/s单模光纤（小于10KM）。长距离方案

1000BASE-LHX --1 Gbit/s单模光纤（10KM至40KM）。长距离方案

1000BASE-ZX --1 Gbit/s单模光纤（40KM至70KM）。长距离方案

1000BASE-CX -- 铜缆上达到1Gbps的短距离（小于25 m）方案。早于1000BASE-T，已废弃。

10Gbps以太网[编辑]

参见：10吉比特乙太網路

新的万兆以太网标准包含7种不同类型，分別适用于局域网、城域网和广域网。目前使用附加标准IEEE 802.3ae，将来会合并进IEEE 802.3标准。

10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand 4x连接器和CX4电缆，最大长度15米。

10GBASE-SR -- 用于短距离多模光纤，根据电缆类型能达到26-82米，使用新型2GHz多模光纤可以达到300米。

10GBASE-LX4 -- 使用波分复用支持多模光纤240－300米，单模光纤超过10公里。

10GBASE-LR和10GBASE-ER -- 透過单模光纤分别支持10公里和40公里

10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW。用于广域网PHY、OC-192 / STM-64 同步光纤网/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR、10GBASE-LR和10GBASE-ER，因此使用相同光纤支持距离也一致。（无广域网PHY标准）

10GBASE-T -- 使用屏蔽或非屏蔽双绞线，使用CAT-6A类线至少支持100米传输。CAT-6类线也在较短的距离上支持10GBASE-T。

100Gbps以太网[编辑]

参见：100吉比特以太网

新的40G/100G以太网标准在2010年中制定完成，包含若干种不同的节制类型。目前使用附加标准IEEE 802.3ba。

40GBASE-KR4 -- 背板方案，最少距离1米。

40GBASE-CR4 / 100GBASE-CR10 -- 短距离铜缆方案，最大长度大约7米。

40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 -- 用于短距离多模光纤，长度至少在100米以上。

40GBASE-LR4 / 100GBASE-LR10 -- 使用单模光纤，距离超过10公里。

100GBASE-ER4 -- 使用单模光纤，距离超过40公里。

参考文献[编辑]

^ Wendell Odom. CCENT/CCNA ICND1 100-105 Official Cert Guide. Cisco Press. 2016: 43页. ISBN 978-1-58720-580-4.

^ 2.0 2.1 Internet協定觀念與實作ISBN 9577177069

^ IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-2 p.109

^ IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-6 p.111

参見[编辑]

5类双绞线

RJ45

Power over Ethernet

MII and PHY

网络唤醒

1G以太网

10G以太网

100G以太网

1000G以太网

虚拟局域网

生成树协议

通讯

Internet

以太网帧格式

外部链接[编辑]

IEEE 802.3 2002年标准（页面存档备份，存于互联网档案馆）

万兆以太网（页面存档备份，存于互联网档案馆）

以太网帧格式（页面存档备份，存于互联网档案馆）

万兆IP以太网白皮书

千兆以太网(1000BaseT)（页面存档备份，存于互联网档案馆）

查论编局域网技术之以太网家族速度

10Mbit/s

双绞线以太网

100Mbit/s

1Gbit/s

2.5和5Gbit/s

10Gbit/s

25和50Gbit/s（英语：25 Gigabit Ethernet）

40和100Gbit/s

200Gbit/s和400Gbit/s

常规

IEEE 802.3

乙太網路實體層（英语：Ethernet physical layer）

自动协商（英语：Autonegotiation）

以太网供电

以太类型

以太网联盟（英语：Ethernet Alliance）

流控制

帧

巨型帧

历史

CSMA/CD

StarLAN（英语：StarLAN）

10BROAD36（英语：10BROAD36）

10BASE-FB（英语：10BASE-FB）

10BASE-FL（英语：10BASE-FL）

10BASE5（英语：10BASE5）

10BASE2（英语：10BASE2）

100BaseVG（英语：100BaseVG）

LattisNet（英语：LattisNet）

长距离（英语：Long Reach Ethernet）

应用程序

音频（英语：Audio over Ethernet）

运营商（英语：Carrier Ethernet）

数据中心（英语：Data center bridging）

高能效以太网

第一英里（英语：Ethernet in the first mile）

10G-EPON（英语：10G-EPON）

工業以太網

以太网供电

同步（英语：Synchronous Ethernet）

收发器

MAU（英语：Medium Attachment Unit）

GBIC

SFP

XENPAK

XFP

SFP+

QSFP（英语：QSFP）

CFP（英语：C Form-factor Pluggable）

接口

AUI（英语：Attachment Unit Interface）

MDI

MII

GMII

XGMII

XAUI

分类

维基共享

查论编網際網路存取有线网络

线缆（英语：Cable Internet access）

拨号

DOCSIS

DSL

以太网

FTTx

G.hn（英语：G.hn）

HD-PLC

HomePlug

HomePNA（英语：HomePNA）

IEEE 1901（英语：IEEE 1901）

ISDN

MoCA（英语：Multimedia over Coax Alliance）

PON

电力线

宽带

无线个人局域网

藍牙

Li-Fi

无线USB

无线局域网

Wi-Fi

无线广域网

DECT

EV-DO

GPRS

HSPA

HSPA+

iBurst（英语：iBurst）

LTE

MMDS

Muni Wi-Fi

WiMAX

WiBro

卫星上网

查论编IEEE標準当前标准

488

754

Revision（英语：IEEE 754 revision）

829

830

1003

1014-1987（英语：VMEbus）

1016

1076

1149.1

1164（英语：IEEE 1164）

1219

1233

1275（英语：Open Firmware）

1278（英语：Distributed Interactive Simulation）

1284（英语：IEEE 1284）

1355（英语：IEEE 1355）

1364

1394

1451（英语：IEEE 1451）

1471（英语：IEEE 1471）

1491

1516（英语：High-level architecture (simulation)）

1541-2002

1547（英语：IEEE 1547）

1584（英语：IEEE 1584）

1588（英语：Precision Time Protocol）

1596（英语：Scalable Coherent Interface）

1603（英语：IEEE 1603）

1613（英语：IEEE 1613）

1667（英语：IEEE 1667）

1675（英语：IEEE 1675-2008）

1685（英语：IP-XACT）

1800

1801（英语：Unified Power Format）

1900（英语：DySPAN）

1901（英语：IEEE 1901）

1902（英语：RuBee）

11073（英语：ISO/IEEE 11073）

12207（英语：IEEE 12207）

2030（英语：IEEE 2030）

14764

16085

16326

42010（英语：ISO/IEC 42010）

802系列802.1

Qat（英语：Stream Reservation Protocol）

Qay（英语：Provider Backbone Bridge Traffic Engineering）

AE（英语：IEEE 802.1AE）

ag（英语：IEEE 802.1ag）

ah（英语：IEEE 802.1ah-2008）

ak（英语：Multiple Registration Protocol）

802.11

Legacy

d（英语：IEEE 802.11d-2001）

e（英语：IEEE 802.11e-2005）

f（英语：Inter-Access Point Protocol）

h（英语：IEEE 802.11h-2003）

i（英语：IEEE 802.11i-2004）

j（英语：IEEE 802.11j-2004）

k（英语：IEEE 802.11k-2008）

n (Wi-Fi 4)

u（英语：IEEE 802.11u）

v（英语：IEEE 802.11v）

w（英语：IEEE 802.11w-2009）

y（英语：IEEE 802.11y-2008）

ac (Wi-Fi 5)

ad (WiGig)

ax (Wi-Fi 6)

ay (WiGig 2)

be (Wi-Fi 7)

.6（英语：IEEE 802.6）

.7（英语：IEEE 802.7）

.9（英语：IEEE 802.9）

.10（英语：IEEE 802.10）

.12（英语：IEEE 802.12）

.15

.15.4（英语：IEEE 802.15.4）

.15.4a（英语：IEEE 802.15.4a）

.16

.18（英语：IEEE 802.18）

.20（英语：IEEE 802.20）

.21（英语：IEEE 802.21）

.22建议标准

P1363（英语：IEEE P1363）

P1619

P1823（英语：Universal Power Adapter for Mobile Devices）

过时标准

754-1985（英语：IEEE 754-1985）

854-1987（英语：IEEE 854-1987）

另见

IEEE標準協會

Category:IEEE标准

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金屬氧化物半導體場效電晶體

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以太网

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序列

PS/2

USB

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DisplayPort／HDMI／DVI／VGA

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TRS

规范控制

AAT: 300266018

GND: 4127501-9

J9U: 987007555681905171

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而且中国现在最高端的以太网节点是在清华大学是b类的

从目前数量来说是1024

但是从节点定义其实是可以做到无数个

只是就这题的答案来说是B 这是计网的考试题目吧5评论你的每个回答都是帮助，马上参与关闭关闭修改您的问题、Ethernet以太网结点最多可达（）个。 A.512　　　B.1024 C.2048　　　D.4098、Ethernet以太网结点最多可达（）个。 A.512　　　B.1024 C.2048　　　D.4098问题补充说明：还可以输入200字添加图片javascript:void((function(){document.open();document.domain='sogou.com';document.close()})());还可添加0张上传说明: 每张图片大小不超过5M，格式为jpg、bmp、png问题分类正确的分类能够获得更专业的回答操作系统搜索问题悬赏10051020304050您目前问豆为: 0提交置顶你想知道的这里都有已解决问题:263,663,852新手帮助如何提问如何回答权威合作企业合作在线咨询投诉建议举报不良信息未成年举报入口搜狗问问小程序企业推广 – 输入法 – 浏览器 – 隐私政策 – 免责声明 – 用户协议 – 帮助© 2024 SOGOU.COM 京ICP备11001839号

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