DJ 5-4 以太网 Ethernet

目录

一、以太网的物理拓扑结构

二、以太网物理层标准

1、以太网技术：10Base-T 和 100Base-T

2、以太网技术：1000Base 系列

3、曼彻斯特编码*

4、差分曼彻斯特编码机制*

三、以太网链路层控制技术

四、以太网的帧结构

1、前同步码

2、MAC 地址

3、类型

4、数据字段

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到目前为止，以太网是最为著名的有线局域网 LAN 技术。

以太网成功的原因：

• 是第一个广泛使用的局域网技术
• 简单、便宜
• 版本不断更新，数据速率更高、成本更低

Ehernet 通常认为是与 IEEE 802.3 是兼容的。

一、以太网的物理拓扑结构

① 总线：一直流行到 90 年代中期

• 所有节点都属于相同的冲突域

② 星形：目前流行

• 中心是交换机
• 每个端口运行一个独立的以太网协议
• 节点相互之间不会发生冲突

二、以太网物理层标准

以太网的物理层标准是与传输介质相对应的。

• 10BASE-T
• 10BASE2
• 10BASE5
• 100BASE-T
• 1000BASE-T
• 1000BASE-LX
• 1000BASE-SX 等

1、以太网技术：10Base-T 和 100Base-T

• Base 表示兆，T 表示双绞线
• 带宽速率为 10/100 Mbps
• 100-Base T 又被称为 “快速 Ethernet”
• 各节点都连接到集线器上 -- 星形拓扑结构
• 节点和适配器间的最大距离为 100 米

双绞线 twisted pair

① 双绞线的概念：是由两条相互绝缘的导线，按照一定的规格，互相缠绕在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。

② 双绞线的分类：一类线 ~ 七类线，目前常用的是五类和超五类。按是否有屏蔽层，分为屏蔽线和非屏蔽线。

③ 双绞线的制作：双绞线的两头先按一定顺序把各根线排好，再接入水晶头中方可使用。其中，是网卡引脚的收/发功能决定了双绞线的线序。

2、以太网技术：1000Base 系列

1000BASE 系列有四种传输介质标准：

1. 1000BASE-T：使用非屏蔽双绞线作为传输介质提供 1000M 的传输速度
2. 1000BASE-LX：使用单模光纤
3. 1000BASE-SX：使用多模光纤
4. 1000BASE-CX：使用平衡、屏蔽铜缆，它可以用于机房的互连

3、曼彻斯特编码*

Q：为什么不直接用高电平和低电平表示 1 和 0？

A：距离较远时，电信号会衰减。假设我们规定 ＞2.5V 是高电平，＜-2.5V 是低电平。如果一个 5V 的信号经过衰减变为 2.4V，那么它将被视为一个噪音。而跳变的幅度很大，因此能稳定地表示 1 和 0 。

编码机制

 

利用一个 时钟周期中间位置 的电平跳变来表示 0 和 1：

• 中间跳变是由低电平跳变到高电平表示 1
• 中间跳变是由高电平跳变到低电平表示 0

曼彻斯特编码是 10Base-T 物理层编码。注：在时钟周期边界处可以任意跳变而不影响编码含义，实际上在时钟周期边界处进行跳变可以为下一次中间跳变做准备。

4、差分曼彻斯特编码机制*

根据一个时钟周期里的跳变次数来表示 0 和 1，并且仅有两个观测位置，分别为：时钟周期开始处、时钟周期中间处。

编码机制

 

根据跳变的次数来表示 0 和 1：

• 规定每个信号位中间都要跳变
• 在信号位开始时不改变信号极性，表示 1
• 在信号位开始时改变信号极性，表示 0

特别地，对于第一个信号：

• 如果中间位电平从低到高，则表示 0
• 如果中间位电平从高到低，则表示 1

三、以太网链路层控制技术

针对链路层中的媒体访问控制子层，又称为 MAC 子层。

四、以太网的帧结构

1、前同步码

特点：前七个字节是 “10101010”，最后一个字节是 “10101011”。

功能：使接收方和发送方的时钟同步，接收方一旦收到前同步码，便可确定有帧传来。

说明：

• 前同步码是 “无效信号”，接收方收到后删除，不向上层传递；
• CRC 的校验范围不包括前同步码。

2、MAC 地址

接收适配器会接收的 MAC 地址有：

• 单播：目的 MAC 地址与自己的 MAC 地址匹配
• 组播：目的 MAC 地址与自己所在组的 MAC 地址匹配
• 广播：目的 MAC 地址为全 1 地址

3、类型

以太网支持多种网络层协议，需要通过类型字段来进行区分。

1. 发送方在类型字段中填入网络层协议的类型编号；
2. 接收适配器根据类型字段，将数据字段传递给相应的网络层协议。

4、数据字段

携带网络层传来的 IP 数据报。

① 以太网的最大传输单元 MTU 是 1500 字节：

• 若 IP 数据报超过1500字节，必须将该数据报分段。

② 以太网的最小传输长度是 46 字节：

• 若 IP 数据报小于 46 字节，必须填充为 46 字节。

接收方的网络层将会去除填充的内容。