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以太网 - 维基百科，自由的百科全书

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序言

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

开关目录

以太网

76种语言

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企业专用网络

虛擬私人網路（VPN）

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

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h（英语：IEEE 802.11h-2003）

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j（英语：IEEE 802.11j-2004）

k（英语：IEEE 802.11k-2008）

n (Wi-Fi 4)

u（英语：IEEE 802.11u）

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GND: 4127501-9

J9U: 987007555681905171

LCCN: sh85045087

取自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=以太网&oldid=81300354”

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网络协议学习之Ethernet II协议（二层）-CSDN博客

网络协议学习之Ethernet II协议（二层）

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已于 2022-06-29 14:43:54 修改

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网络协议

于 2021-07-23 23:00:58 首次发布

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网络协议学习之Ethernet II协议

简介一、协议1、协议结构

二、抓包分析总结

简介

Ethernet II协议位于五层OSI模型中的第二层，属于链路层的协议。

一、协议

1、协议结构

前导包目的mac地址（DMac）源mac地址 (SMac)类型(Type)数据(Playload)校验（FCS）8 Byte 0 1间隔6 Byte 目的地址6 Byte 源地址2 Byte46 ~ 1500 Byte4 Byte CRC检验

前导包：占8个字节，0 1 相间隔组成。其作用是用于给基站识别即将到来的数据。目的mac地址：接收设备的mac地址源mac地址：发送设备的mac地址类型：占2个字节，用于标记数据（playload）的协议类型。假设收到的是ARP数据，那么Type就是0x0806

类型（Type）Playload中的协议类型0x0800IPv4（Internet Protocol Version 4）0x0806ARP （Address Resulotion Protocol）0x0835RARP (Resever Address Resulotion Protocol)0x86DDIPv6 (Internet Protocol Version 6)

数据： 46-1500个字节， Ethernet II 规定最小的数据量为46个字节.校验： 4个字节，具体算法暂不深入研究，用于核对数据是否接收正确

二、抓包分析

Wireshark抓包：图中数据可以发现看不到前导包与校验（FCS），因为网卡进来的数据是已经校验正确的数据包，会相应的处理掉了前导包和FCS，数据不正确的包已经被丢弃了。

分析数据可以得出：

数据是由mac为2c:f0:5d:56:70:20 ⇒ ec:41:18:1d:97:93的设备，mac填充为高位字节在前。Playload装载的是IPv4协议。

总结

1、Ethernet II是目的mac地址在前，源mac地址在后。 2、Type用于表示Playload的数据类型，分别有IPv4(0x0800)、ARP(0x0806)、RARP(0x0835)、IPv6(0x86DD) 3、Wireshark接收到的数据包均为网卡校验正确的数据包，所以没有了前导包与校验(FCS)数据。

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网络协议学习之Ethernet II协议（二层）

网络协议学习之Ethernet II协议简介一、协议1、协议结构2、二、抓包分析总结简介 Ethernet II协议位于五层OSI模型中的第二层，属于链路层的协议。一、协议1、协议结构前导包目的mac地址（DMac）源mac地址 (SMac)类型(Type)数据(Playload)校验（CRC）6 Byte 目的地址6 Byte 源地址2 Byte46 ~ 1500 Byte2、二、抓包分析总结..

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以太网二层协议

05-23

以太网二层协议

Ethernet II协议简介

weixin_34239592的博客

01-03

4314

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该协议定义了局域网中采用的电缆类型和信号处理方它由6个字节的目的MAC地址，6个字节的源MAC地址，2个字节的类型域（用于标示封装在这个Frame、里面的数据的类型）接下来是46-1500字节的数据和4字节的帧校验。报头8 目标地址6 源地址6 以太类型2 有效负载46－1500 ...

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Wireshark抓取网卡协议分析（TCP,UDP,ARP,DNS,DHCP,HTTP超详细版本）

CodeGou的博客

07-21

1万+

Wireshark抓取网卡协议分析（TCP,UDP,ARP,DNS,DHCP,HTTP超详细版本）

以太网网络协议Ethernet II 帧分析

接口协议（四）：以太网（Ethernet）学习（一）：协议_以太网标准寄存器-CSDN博客

接口协议（四）：以太网（Ethernet）学习（一）：协议

最新推荐文章于 2024-02-05 12:03:18 发布

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一、以太网二、网络模型三、以太网数据包格式以太网帧格式

三、TCP/IP协议簇1、IP协议2、UDP协议

因为没有做过以太网的项目，也没有进行过以太网通信测试，本片博客仅仅是对以太网协议极小一部分的学习了解。如有不当之处，还请指正。

一、以太网

以太网是一种产生较早，使用相当广泛的局域网技术，局域网就是一个区域的网络互联，可以使办公室也可以是学校等等，大小规模不一。最初是由Xerox（施乐）公司创建（大概是1973年诞生）并由Xerox、 Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，后来被电气与电子工程师协会（ IEEE）所采纳作为802.3的标准。

目前以太网根据速度等级分类大概分为：标准以太网（10Mbit/s），快速以太网（100Mbit/s），千兆以太网（1000Mbit/s），以及更快的万兆以太网（10Gbit/s）。但在平常使用中，快速以太网和千兆以太网已经足够了。

因为以太网通信不是像蓝牙那样无限通信，而是通过连接线进行通信，所以以太网接发双方都会有接口。以太网接口类型有RJ45接口，RJ11接口（电话线接口），SC光纤接口。其中RJ45接口使我们最常用的以太网接口（电脑接口）。

RJ45接口也称为水晶头，由插头和插座组成可以看到，RJ45接口和HDMI等接口一样，也是采用差分数据传输，这种传输有抗干扰能力强的特性（这在高速数据传输中很重要）。

以太网常用于大型数据传输（如：视频数据），以太网也叫以太网协议，就是一种传输规则，发收双方必须遵守这种规则才能正确地进行数据传输和接收。以太网通信是以数据包的形式传输，其单包数据量达到几十，甚至成百上千个字节。

二、网络模型

也有将TCP/IP分为四层的模型

而我们在使用FPGA设计以太网传输时，基本只需要考虑数据发送，即只需要考虑设计物理层，也就是生成比特流。如果是进行网络系统设计，就需要考虑各种接口（应用层），方便用户等调用。

三、以太网数据包格式

可以看到，我们一帧能发送的真正的数据内容为：18-1472 Byte；然后将用户数据添加UDP首部，形成UDP层；再加上IP首部，形成IP层；最后加上前导码、SFD（帧起始界定符）、以太网帧头、以及FCS（帧检验序列），构成了MAC层（物理层，包括源MAC地址和目的MAC地址），也就是最终需要在通信线路上传输的数据。

在设计物理层时，只需要计算得到各个首部、前导码、起始界定符、以及校验，就可以得到物理层，然后进行传输。

以太网帧格式

摘自《开拓者FPGA开发指南》

前导码（ Preamble）： MAC物理层使用7个字节同步码（ 0和1交替（ 55-55-55-55-55-55-55））实现数据的同步。

帧起始界定符（ SFD， Start Frame Delimiter）：使用1个字节的SFD（固定值为0xd5）来表示一帧的开始，后面紧跟着传输的就是以太网的帧头。

目的MAC地址：即接收端物理MAC地址，占用6个字节。 MAC地址从应用上可分为单播地址、组播地址和广播地址。单播地址：第一个字节的最低位为0，比如00-00-00-11-11-11，一般用于标志唯一的设备；组播地址：第一个字节的最低位为1，比如01-00-00-11-11-11，一般用于标志同属一组的多个设备；广播地址：所有48bit全为1，即FF-FF-FF-FF-FF-FF，它用于标志同一网段中的所有设备。源MAC地址：即发送端物理MAC地址，占用6个字节。

长度/类型：上图中的长度/类型具有两个意义，当这两个字节的值小于1536（十六进制为0x0600）时，代表该以太网中数据段的长度；如果这两个字节的值大于1536，则表示该以太网中的数据属于哪个上层协议，例如0x0800代表IP协议（网际协议）、 0x0806代表ARP协议（地址解析协议）等。

数据：以太网中的数据段长度最小46个字节，最大1500个字节。最大值1500称为以太网的最大传输单元（ MTU， Maximum Transmission Unit），之所以限制最大传输单元是因为在多个计算机的数据帧排队等待传输时，如果某个数据帧太大的话，那么其它数据帧等待的时间就会加长，导致体验变差，这就像一个十字路口的红绿灯，你可以让绿灯持续亮一小时，但是等红灯的人一定不愿意的。另外还要考虑网络I/O控制器缓存区资源以及网络最大的承载能力等因素，因此最大传输单元是由各种综合因素决定的。为了避免增加额外的配置，通常以太网的有效数据字段小于1500个字节。

帧检验序列（ FCS， Frame Check Sequence）：为了确保数据的正确传输，在数据的尾部加入了4个字节的循环冗余校验码（ CRC校验）来检测数据是否传输错误。 CRC数据校验从以太网帧头开始即不包含前导码和帧起始界定符。通用的CRC标准有CRC-8、 CRC-16、 CRC-32、 CRCCCIT，其中在网络通信系统中应用最广泛的是CRC-32标准。

帧间隙（ IFG，Interpacket Gap）：就是以太网相邻两帧之间的时间间隔，帧间隙的时间就是网络设备和组件在接收一帧之后，需要短暂的时间来恢复并为接收下一帧做准备的时间， IFG的最小值是96 bit time，即在媒介中发送96位原始数据所需要的时间，在不同媒介中IFG的最小值是不一样的。

三、TCP/IP协议簇

TCP（传输控制协议） /IP（网际协议）协议簇，虽然看上去TCP/IP协议簇只有两个协议，其实TCP/IP协议簇包含了上百种协议，最常用的有TCP、IP、UDP等。其中TCP协议和UDP协议应用最广泛。

1、IP协议

IP协议是TCP/IP协议簇中的核心协议，所有的TCP、 UDP及ICMP数据都以IP数据报格式传输。

从以太网数据包格式中可以看出，IP数据报包括IP首部和数据段。 IP数据报内容版本：4位版本号，IPv4（0100），IPv6（0110），目前在以太网使用IPv4多，但是在计算机系统中，IPv6也已经流行起来，因为IPv4仅用32个bit来表示地址，IPv4 地址的总数为 4294967296，到现在，已经快用光了；而IPv6使用128bit来表示地址，理论来说根本用不完。

首部长度：4位，表示IP首部一共有多少个32位（4Byte），假设无可选字段（一般来说没有），IP首部有20个Byte，则首部长度为5；最大为15，即60个Byte。

服务类型：8位，普通服务的话，设置为0。可以参考：IP首部中的服务类型（TOS）

总长度：16位，包括IP首部和IP数据部分，以字节为单位。我们利用IP首部长度和IP数据报总长度，就可以计算出IP数据报中数据内容的起始位置和长度。

标识：16位，通常每发一份报文，就加1。

标志：3位，用来表示分片还是不分片，第一位（最高位）保留，第二位（1-不分片，0-允许分片），第三位为1即表示后面“还有分片”的数据报。为0表示这已是若干数据报片中的最后一个。

叶偏移：13位，在接收方进行数据报重组时用来标识分片的顺序。

生存时间：8位，防止丢失的数据包在无休止的传播，一般被设置为64或者128。IPv6 地址有两个生存期：首选生存期和有效生存期，而首选的生存期总是小于等于有效的生存期。具体可以参考官方文档。

协议：8位，表示此数据报所携带上层数据使用的协议类型，TCP为6， UDP为17。可以参考：IP协议号 IP首部中有8位协议号，用于指明IP的上层协议

首部校验和：这部分需要自己计算，用来校验IP数据报头部是否被破坏、篡改和丢失等，不校验数据。

源MAC地址，目的MAC地址：就是发送和接收IP地址。

可选字段：是数据报中的一个可变长度的可选信息，选项字段以32bit为界，不足时插入值为0的填充字节，保证IP首部始终是32bit的整数倍。

首部校验和计算 1、将16位校验和字段置为0，将IP首部分为多个16位的单元； 2、对各个单元采用反码加法运算 3、假如得到的结果有溢出，则将结果再次分为两个16位相加，直到不出现进位如下例：

2、UDP协议

在以太网数据包中，我们可以看到，TCP协议（IP层）比UDP层复杂，更为可靠，但是UDP运用场景也非常多。那为什么不所有传输都用更可靠的TCP协议呢，这就像卖手机，不可能都上最好的配置，毕竟有人不需要这么好的配置，我只需要打电话，一个骁龙835就够了，如果你叫我多花2000块，买一个865，那我没必要。所以这就是需求不同，所以UDP也常用。

TCP与UDP的区别：TCP为可靠传输协议，而UDP为不可靠传输协议；TCP协议可以保证数据的完整和有序，而UDP不能保证；UDP由于不需要连接，故传输速度比TCP快，且占用资源比TCP少；

应用场景：TCP适用于对数据完整性要求很高的场合，比如文件传输；而UDP适用于对数据完整性要求不高的场合，比如说视频直播，毕竟直播的时候少传输几个像素点，影响也不大，而且视频直播要求数据传输很快。而文件数据要是少一个byte或者更多，可能会造成很大的问题。

UDP格式数据其中的UDP校验和和TCP协议的校验和计算方式一样，但是需要计算三个部分：UDP伪首部、UDP首部、UDP数据部分。

伪首部的数据是从IP数据报头和UDP数据报头获取的，包括源IP地址，目的IP地址，协议类型和UDP长度，其目的是让UDP两次检查数据是否已经正确到达目的地，只是单纯为了做校验用的。在大多数使用场景中接收端并不检测UDP校验和。

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接口协议（四）：以太网（Ethernet）学习（一）：协议

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专栏目录

嵌入式系统以太网接口的实现

01-19

随着微电子技术和计算机技术的发展，嵌入式技术得到广阔的发展，已成为现代工业控制、通信类和消费类产品发展的方向。以太网在实时操作、可靠传输、标准统一等方面的卓越性能及其便于安装、维护简单、不受通信距离限制等优点，已经被国内外很多监控、控制领域的研究人员广泛关注，并在实际应用中展露出显着的优势。

　　以太网（Ethernet）是当今局域网采用的通用的通信协议标准。在以太网中，所有计算机被连接在一条电缆上，采用带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓扑结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆、多端口集线器、网桥或交换机构成。按照OSI（OpenSys

基于Ethernet 的冗余CAN 总线协议转换器设计

01-19

摘要：采用Ethernet 接口的CAN 总线协议转换器，可实现通过以太网接口方便地监听CAN 总线上的数据，实现总线数据的收发等功能.文中以单片机C8051F340.以太网接口芯片CP2200 和CAN 总线协议芯片SJA1000 等为硬件平台，设计了一个以太网与CAN 总线的协议转换电路，实现了通过以太网进行CAN 冗余总线的协议分析.总线数据的远程监控等功能.同时采用双通道CAN 总线的冗余设计以提高电路的可靠性，而以太网端口供电的设计，使其具有携带方便.易于操作的特点.该设计已在航天器地面测试设备中得到很好的应用，其性价比高.实用性强的特点，非常适合工业控制领域.

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以太网（Ethenet）协议

qq_39173537的博客

11-08

8267

以太网协议

以太网（Ethernet）协议学习

元直的博客

02-05

帧间隙（ IFG，Interpacket Gap）：就是以太网相邻两帧之间的时间间隔，帧间隙的时间就是网络设备和组件在接收一帧之后，需要短暂的时间来恢复并为接收下一帧做准备的时间， IFG的最小值是96 bit time，即在媒介中发送96位原始数据所需要的时间，在不同媒介中IFG的最小值是不一样的。那为什么不所有传输都用更可靠的TCP协议呢，这就像卖手机，不可能都上最好的配置，毕竟有人不需要这么好的配置，我只需要打电话，一个骁龙835就够了，如果你叫我多花2000块，买一个865，那我没必要。

以太网完整协议（一）

以太网（Ethernet） - 知乎

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.

图解通信原理（以太网通信及物理层工作原理） - 知乎

图解通信原理（以太网通信及物理层工作原理） - 知乎切换模式写文章登录/注册图解通信原理（以太网通信及物理层工作原理）乐竹每天提醒自己，不要忘记梦想！概述以太网是一种计算机局域网通信技术，主要由介质访问层(MAC L2) 协议、物理层（PHY L1）协议、电子信号连接组成。MAC层主要有交换芯片实现，物理层由PHY芯片实现，电信号连接主要定义电信号的接口规范。本文以成熟的以太网的技术实现为案例，解读数字通信的部分基本原理，澄清数字通信中一些核心的概念：时钟、4B/5B编码、曼切斯特编码、NRZI编码、符号、波特率、比特率、CRC、扰码。并把关注的重点放在以太网物理层的协议规范。信号发送接收流程信源信息发送-》离散数据-》信源编码-》应用层数据处理-》网络层编码-》物理层信道编码-》电气信号符号编码-》电信号发送=》电信号接收=》电气信号符号解码-》物理层信道解码-》网络层编码-》应用层数据处理-》信源解码-》信宿信息感知整个过程，均为二进制离散数据处理，因此本文是一个纯数字通信的案例。以太网串行通信与Uart串口通信、I2C串行通信、SPI串行通信等串行通信，有两个显著的差别：（1）需要传输的物理层帧中的二进制数据与物理线路上传送的信号电平之间是不再是1对1的映射关系。（2）不需要专门的时钟信号线在两个通信的节点之间传递时钟，而是通过特定的物理层的编码技术，实现在传输数据的同时，也同时能够传递同步时钟。（3）支持远程传输的数字编码技术本文将重点阐述这这三种技术方法。———————————————————————————————————————一、什么是以太网数字通信以太网是一种基带、局域网技术。以太网通信是一种使用同轴电缆或光纤作为传输信道，采用载波多路访问和冲突检测机制的通信方式。数据传输速率高达到10M、100M、1Gbit/s， 10Gbit/s, 25Gbit/s、100G, 可满足非持续性网络数据传输的需要。1、标准以太网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；2、快速以太网100Base-TX 物理介质采用5类以上双绞线，网段长度最多100米100Base-FX 物理介质采用单模光纤，网段长度可达10公里3、千兆以太网1000Base-SX 只支持多模光纤，可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长为770-860nm，传输距离为220-550m。1000Base-LX 可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为550m。1000Base-LX 可以支持直径为9um或10um的单模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为5km左右。1000Base-CX 采用150欧屏蔽双绞线（STP），传输距离为25m。000Base-T 是100Base-T自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容4、10Gbps以太网10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand4x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 -- 透过单模光纤分别支持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。5、40G/100Gbps以太网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。虽然，以太网支持上述各种速率和物理层接口规范，但从通信的角度来看，基本原理是相似的，是一脉相承的。二、以太网数字通信案例的需求架构为重点介绍以太网物理层协议，本文的两个对等的以太网终端，跳过中间的以太网交换机，直接采用点对点连接。帅哥A与美女B不再通过RS232串口相连，而是通过以太网相连。目标：帅哥A通过以太网向美女B发送一条二进制消息：0x0049 0x0020 0x004c 0x0006f 0x00076 0x0065 0x0020 0x0059 0x006f 0x0075。对应的ASCII码字符是：I Love You三、以太网数字通信的软硬件实现方案1、协议栈2、软硬件架构与软硬件分工帅哥A发送的数据，封装（编码）过程如下：应用层数据编码=》HTTP层数据编码=》TCP层数据编码=》IP层数据编码=》MAC层数据编码=》物理层数据编码=》物理层电信号发送=》美女接受的数据，拆封（解码）过程如下：物理层电信号接收=》物理层数据解码=》MAC层数据解码=》IP层数据解码=》TCP层数据解码=》HTTP层数据解码=》应用层数据解码。至于MAC层以上（IP以及IP之上）的编码和解码过程，不在本文的讨论范围。本文重点放在MAC+PHY+线路接口层，特别是物理层的编解码过程。3、以太网协议规范IEEE802.3标准给出了以太网的MAC层和物理层的协议规范四、以太网MAC+PHY+线路层的通信模型下面，将详细介绍上述过程的每个环节，以及每个环节中涉及到的通信原理中的关键技术。五、信源对信息的发送过程及其关键性原理1、信源: 这里的信源就是计算机A。2、离散的二进制数据信源需要发送的离散的二进制数据: 0x0049 0x0020 0x004c 0x0006f 0x00076 0x0065 0x0020 0x0059 0x006f 0x0075。对应的ASCII码字符是：I Love You3、网络层编码IP以及IP之上，不在本章的讨论范围，本章讨论MAC以及MAC层之下的协议规。（1）探讨前的概念澄清：MAC层：称为帧（frame）物理层：并行数据称为包（package）物理层：串行数据称为流（stream）（2）MAC层帧结构LLC data：信源需要发送的离散的二进制数据。MAC地址：也叫物理地址、硬件地址，由网络设备制造商生产时烧录在网卡(Network lnterface Card)的EPROM(一种闪存芯片，通常可以通过程序擦写)。MAC地址的长度为48位(6个字节)，通常表示为12个16进制数，如：00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址，其中前6位16进制数00-16-EA代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配，而后6位16进制数AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。只要不更改自己的MAC地址，MAC地址在世界是惟一的。形象地说，MAC地址就如同身份证上的身份证号码，具有唯一性。目的地址：数据的接收方（信宿）的MAC地址。源地址：数据的发送方（信源）的MAC地址。帧定界符SFD：1个字节（8个bits：0x1010 1011），MAC层的帧同步。由于在传输一个字节时最低位最先传输(LSB)，因此其相应的16进制表示为：0xD5，这里有一个同样的问题，以太网帧的净荷正巧也有该数据怎么办呢？同步前导码preamble：7个字节（56个bits：0x1010 1010 ......），MAC层的比特时钟同步。由于在传输一个字节时最低位最先传输(LSB)，因此其相应的16进制表示为：0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55，这个连续的56个二进制比特流，用于接收方与发送方的二进制比特时钟同步。这里有一个问题，以太网帧的净荷真巧也有该数据怎么办呢？解决的方法：MAC层和物理层之间通过Tx_EN和Rx_EN来传递以太网帧的开始。两个对等的两个物理层实体之间，通过物理层的4B/5B编码表明以太网帧的开始和结束，而这两个编码，是不同于数据域中的任何数据的4B/5B编码。FCS（ Frame Check Sequence）：帧检查验序列，实际上就是CRC校验。CRC校验序列的添加是在数据传输过程中，无论传输系统的设计再怎么完美，差错总会存在，这种差错可能会导致在链路上传输的一个或者多个帧被破坏(出现比特差错，0变为1，或者1变为0)，从而接受方接收到错误的数据。为尽量提高接受方收到数据的正确率，在接收方接收数据之前需要对数据进行差错检测，当且仅当检测的结果为正确时接收方才真正收下数据。检测的方式有多种，常见的有奇偶校验、和循环冗余校验等。前一篇讨论过，Uart/RS232串口通信采用的就是有奇偶校验。循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check， CRC）：是一种根据网络数据包或计算机文件等数据产生简短固定位数校验码的一种信道编码技术，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。以太网通信采用CRC32作为以太网MAC帧数据净荷的检错码。注意：FCS值针对以太网MAC帧的净荷部分，包括MAC地址+数据净荷，不包括以太网MAC层帧的同步字和帧定界符SFD。4、物理层编码简单的说，物理层编码是确保原始的MAC层数据可在多种物理媒体上、安全、可靠的传输。(1) 以太网物理层又分为3个子层和2个接口(2) 两个接口：Medium Independent Interface (MII): 介质无关接口。提供公共接口，屏蔽多个物理层的不同细节。这是数字MAC层与数字物理层的接口。Medium Dependent Interface (MDI): 介质相关接口。到传输介质的接口，如100M电口和1000M电口或1000M光口等。这是数字物理层与物理信号媒介的接口（光、电信号）。(3) 三个子层：Physical Coding Sublayer (PCS): 物理编码子层。完成物理层编码/解码功能Physical Medium Attachment sublayer (PMA):物理介质连接子层。执行并串转换和串并转换功能。Physical Medium Dependent sublayer (PMD): 物理介质相关子层。电信号转换到特定介质上或反向转换（光电转换、电电转换）不同以太网速率，其物理层的协议规范是不一样的。不同厂家的芯片，在实现以太网物理层协议规范时，也是有差别。接下来，将以古老的RTL8201 10/100M PHY芯片为例，由简单到复杂，有浅入深的介绍物理层的通信原理：RTL8201 10M以太网通信的原理RTL8201 100M以太网通信的原理其他更加复杂的功能实现，基本是基于此原理的升级与扩展。(4) 802.3 物理层功能栈(5) RTL8201功能架构在上图中，10M和100M的功能实现是完全不同的电路。绿色框标注的是10M的功能实现。红色框标注的是100M的功能实现接下来，将详解其功能。4.1 RTL8201 10M以太网的通信原理4.1.1 PCS子层（Physical Coding Sublayer）：物理层编码子层PCS子层的功能是物理层的编码/解码。包括三部分：（1）与MAC层的接口（2）物理层包的结构（3）物理层的编码PCS子层与MAC层的物理接口TXD0、RXD0：是串行数据接口, 10M速率时，物理层芯片无需要进行串并转换，串并转换是MAC完成的。TXC和RXC: 接收和发送时钟。COL （I）: 冲突检测的输入，表明MAC层检测到了冲突。CRS（O）: 载波检测，用于PHY向MAC指示，链路上是否有数据正在发送。TXEN: MAC发送数据指示。PCS子层的包结构10M速率是，物理层包的结构与MAC层的帧结构是一致的PCS子层的编码物理层编码一个重要的功能就是把原始的物理层帧数据，编码成适合物理线路传输的二进制数据。在10M通信的情况下，物理层芯片并没有对物理层进行某种物理层编码，比如4B/5B编码或8B/10B编码。4.1.2 PMA子层：物理介质连接子层PMA的功能包括（1）发送方向是并串转换，接收方向是串并转换（2）物理层信号编码（3）物理链路时钟的合成/恢复。PMA从PCS接收串行bit流，然后发送到PMD层。PMA使用数字锁相环PLL，在发送端根据标准时钟接口发送bit流，在接收端PLL同步串行数据流并从中提取时钟。发送方向是并串转换，接收方向是串并转换在10M速率下，无并串转换，与MAC层的接口MAC本身就是串行数据。物理层信号编码物理层信号编码：即如何通过物理层的电信号传递0和1的二进制数据流。常见的编码有两大类：不归零码和归零码。不归零码：是信号电平在一个码元之内都要不恢复到零的编码方式。在不归零码中，高电平代表1， 0电平本身就表示0，因此不能归0.归零码：是信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方式。在归零码中，高电平和低电平不表示任何数值，而是利用信号的上升沿或下降沿表示0或1，因此可以归零。在SPI和I2C通信中，通过CMOS或TTL高低电平传送1和0。高电平代表1，低电平代表0，在UART通信中，与SPI和I2C相同。在RS232通信中，采用了反逻辑以及15V电压。+15V电信号表示0， -15V电信号表示1.这些编码方式都称为不归零码。其中SPI, I2C， Uart串口通信的编码方式称为：单极性不归零0码，单极性指只有正（+）电平。RS232串口通信的编码方式称为双极性不归0码。双极性是指正（+）电平与负（-）电平。如下图所示：（a）就是单极性不归零码，（b）双极性不归零码。相对于前面提到的几种电信号编码方式，在10M以太网中，采用了一种新的物理层信号编码方法：曼彻斯特编码！曼彻斯特编码(Manchester)又称裂相码、同步码、相位编码，它是一种归零的编码方式，用电平跳变来表示1或0的编码方法。其变化规则很简单：这里也有两种码元，但每个码元不是用简单的高电平或低电平，每个码元symbol（代表0或1的电信号）均用两个不同相位的电平信号（高电平+低电平）表示。实际上，每个码元是一个完整的方波信号（有高电平，也有低电平），这里就有两种方式来定义方波信号。(A) G.E. Thomas曼切斯特编码（又称为标准曼切斯特编码） 0度相位的方波（类似正弦波）表示“1”，180相位的方波（类似余弦波）表示“0”.(B) 802.3 曼切斯特编码（简称为曼切斯特编码）0度相位的方波（类似正弦波）表示“0”，180相位的方波（类似余弦波）表示“1”.正好与标准曼切斯特编码相反。如下是用两种不同的曼彻斯特编码表示的一连串的二进制码1010 0111 001的示意图：从上图示意可以看出：在两种曼彻斯特编码中，每个比特位的中间都有一次跳变。差别在于上升沿和下降沿表示的数字正好相反。并用中间的跳变表示要传输的二进制数据，同时中间的跳变又可以作为时钟信号。（C）差分曼彻斯特编码还有一种差分曼彻斯特编码，它是曼彻斯特编码的改进。在差分曼彻斯特编码中，每个比特位的中间也有一跳变。但中间的跳变不表示要传输的二进制数据，中间的跳变仅仅作为时钟信号。差分曼彻斯特编码的特别之处在于，它不是用固定的波形标识0或1，而是使用了相邻的两个波形符号的变化来标识0或1。不管前一个波形符号是“类正弦的方波”，还是“类余弦的方波”，如果后一个波形符号symbol和前一个的波形符号symbol相同，则表示0，如下图所示，这样标识“0”的波形符号（symbol）就不是唯一的。如果后一个波形符号（symbol）和前一个的波形符号（symbol）不同，则表示1，如下图所示，这样标识“1”的波形符号（symbol）就不是唯一的。这种编码方式，规避了Thomas曼切斯特编码与802.3 曼切斯特编码，使用固定波形标识0或1的问题。如下是三种曼切斯特编码的比较：上述三种曼切斯特编码方式，每个时钟位都必然有一次变化，所以这三种编码的效率仅可达到50%左右，这是曼切斯特编码的缺点。结论：按照无论是数据0还是数据1，都是通过一个完整周期的正弦或余弦信号（当然，也可以说是方波）承载的。物理链路时钟的合成/恢复。如上描述的，在发送端，在时钟的驱动下，按照曼切斯特编码的数据，本身就内含的发送端的时钟频率。从上图可以看出，时钟信号是一个方波信号，在数据0或1的电平期间，包含了一个完整的时钟方波信号，一个方波信号是一个高电平，一个低电平的组合。时钟信号的周期正好于承载数据0或数据1的类正弦与类余弦的方波信号的周期是一样的，即频率是一样的。通过曼切斯特编码，通信的发送端和接收端，即不需要专门的时钟信号线来传递时钟信息了。接收端通过数字锁相环，从链路中恢复发送端发送二进制比特的时钟信号的频率与相位，且能够完全同步。至此10M数据速率的通信方式下，二进制比特就可以通过物理信号进行发送了。（2）RTL8201 100M以太网通信的原理 1）PCS子层（Physical Coding Sublayer）：物理层编码子层PCS子层的功能是物理层的编码/解码。包括三部分：PCS子层与MAC层的接口PCS子层的包结构PCS子层的编码(1). 与MAC层的物理接口从上图，可看出, MII接口，物理层与MAC层之间是4比特的并行数据，而不是串行数据。之所以是4比特的并行数据，与紧接着介绍的4B/5B编码有很大的关系。（2）物理层帧的发送Tx_En：启动MAC帧的发送。TXD<3:0>：MAC层的帧，包括前导码、帧同步码、数据净荷和CRC.（3）物理层帧的接收RX_DV：有效数据开始RXD<3:0>：MAC层的帧，包括前导码、帧同步码、数据净荷和CRC.RX_ER：物理层接收出错，比如数据接收到一半异常中断，无数据。PCS子层包的结构：物理层的包结构与MAC层的帧结构是一致的。PCS子层的编码物理层编码一个重要的功能就是把原始的物理层帧数据，编码成适合物理线路传输的二进制数据，主要用于链路控制、检错、纠错和差错后的重传。相对于10M速率的物理链路，100M的速率，二进制数据的速率整整提升了10倍，导致每个通信节点之间的干扰也会增加、受到线路噪音的干扰的影响也急剧的增加，因此需要一定的数据编码，用来进行链路控制、检错、纠错和差错后的重传。从上图中，可以看出，相对于10M速率，增加了4B/5B编码/解码、扰码/解扰（A）4B/5B编码和解码4B/5B编码方案是把4比特的二进制数据转换成5比特二进制数据的编码方案。这种编码的特点是将欲发送的数据流每4比特作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5比特的编码。5比特的码共有32种组合：其中16种组合用于承载4比特的数据。其他的16种组合用作链路控制码或保留使用，如表示帧的开始和结束、物理线路的状态（静止、空闲、暂停）等。如下是以太网4B/5B数据码映射表：4比特的0000被编码成了5比特的11110；4比特的1111被编码成了5比特的11101；数据的编码效率=4/5 = 80%，即80%的编码效率。4B/5B编码，还有一个重要的特性：即使原始的4比特的数据有4个全0或有3个0，编码后的5B特的数据中，0的个数最多也就是2个。如：0000被编码成了11110 =》4个1，1个00001被编码成了10101 =》3个1, 2个0如下是以太网4B/5B控制码编码表：11111: 用于物理层数据流之间的填充字符，表示空闲状态，无有效数据，主要用于维持链路时钟同步。11000/10001：物理层数据流的开始标志，MAC层帧的前导码的第一个字节被映射成此5B编码。01101/00111：物理层数据流的结束标志。没有MAC层帧的相应比特域与之对应，与TX_EN和RX_DV对应。发送数据时，MAC层与PHY层之间的电信号TX_EN由高电平变成低电平，则自动转换成物理层数据流的结束标志。接收数据时，物理层收到该物理层数据流的结束标志，自动把MAC层与PHY层之间的电信号RX_DV由高电平变成低电平，通知MAC层数据传送完成。4B/5B编码的好处：采用4B/5B编码的主要目的是为了减少传输线路上出现多个连续的0或1，有利于接受端提取时钟信号。也称为保持线路的交流(AC)平衡, 与NRZI编码配合使用。额外增加的5比特的控制码，用于通信双方，在物理层PCS子层实体之间，进行物理链路的监控和控制。额外增加的5比特的控制码，用于物理层实体PCS子层把监控到的链路状态，通过芯片的信号管脚，反馈到MAC层。PCS子层数据流的结构（4B/5B编码后的物理层的比特流）SSD（11000/10001）：物理层使用该5B控制码，替换MAC层帧的前导码preamble的第一个字节。ESD（01101/00111）：物理层使用该5B控制码，添加到MAC层帧的尾部。IDLE（11111）：物理层空闲指示，用于时钟同步。上述5B控制码，对MAC层不可见，终止于PCS子层。（B）加码（Scrambling）和解码加扰是数字信号的加工处理方法，就是用二进制扰码与原始二进制数据相乘，从而得到新的二进制数据。与原始二进制相比，新的二进制在时间上被打散。一般来说，数字通信系统的设计及其性能都与所传输的数字信号的统计特性有关。通过加扰技术，在不增加新的数据比特的情况下，扰乱原有数据的比特顺序，改变数字信号统计特性，使其近似于白噪声统计特性。这种技术的基础是建立在反馈移存器序列（一种伪随机序列）的理论基础之上。PMA子层：物理介质连接子层PMA的功能包括发送方向是并串转换，接收方向是串并转换物理层信号编码物理链路时钟的合成/恢复。PMA从PCS接收并行比特流，然后转换成串行比特流发送到PMD层。PMA使用数字锁相环PLL，在发送端根据标准时钟接口发送二进制比特流，在接收端PLL同步串行二进制流从中提取时钟。（1）并串转换这个没有什么可以多说的，就是5比特的并行数据，转换成1bit的串行数据，用于线路发送。（2）物理层信号编码在10M速率的情况系，采用的是曼切斯特编码，即用一个完整的正弦波或余弦表示的方波信号表示0或1，这种编码方案的优点是，在传输数据的同时，也能够传递数据比特的时钟周期，不需要专门的时钟信号在收发双方传输时钟信号。但缺点也是很明显的，编码后信号的频率是编码前的数据频率的2倍，即编码效率只有50%。有没有一种编码方法，既能够传送时钟信号，也能够传送数据，且信号的编码效率100%呢？很显然目前没有找到。采用归零码NRZ编码的I2C、SPI串行通信，信号的周期与二进制数据的周期是完全对应的，编码效率达到100%，然而，串行通信的两端，需要专门的时钟信号线传递时钟。那么，有没有一种编码方式，既能够传送时钟信号，也能够传送数据，且信号的编码效率在50%~100%之间呢？以太网100M速率的情况下，采用的4B/5B+NRZI混合编码的方式，就能够得到此效果。NRZI编码效率为100%，且能够确保在传输数据“1”的情况下，同时能够传递时钟信息。但在传递数据“0”的情况下，无法传递时钟信息。4B/5B编码能够确保（1）编码效率达到80%；（2）即使用户数据中包含连续的0比特，该编码可以避免连续的传输数据0比特。NRZI + 4B/5B的组合编码，得到这样的效果：既能够传送时钟信号，也能够传送数据，且信号的编码效率在80%。不归零码NRZ、曼切斯特编码、差分曼切斯特编码、4B/5B编码在前面已经讨论过了，在这里，探讨一下NRZI 。NRZI（Non Return to Zero Inverted），即不归零反转编码，NRZI是结合了NRZ和差分曼切斯特编码的思想。首先，NRZI的基础是不归零码NRZ，因此电信号的符号是高电平与低电平，周期与二进制数据的周期是一样的。但为了传递时钟信息，该编码并没有直接使用高电平或低电平表示0或1数据，而是借助了差分曼切斯特编码的思想，即用前后两个电平信号的变化来表示1和0。如果前后两个电平保持不变时（连续的低电平或连续的高电平），表示数据“0”；如果前后两个电平发生变化时（一个高电平+一个低电平或者一个低电平+一个高电平），表示数据“1”。为了更好的理解NRZI，参见如下示意图：全“1”数据的NRZI编码：全1的二进制比特的NRZI编码，就是一个与数据比特率等速率的方波周期信号。全“0”数据的NRZI编码：全0的二进制比特的NRZI编码，是一个恒低电平或恒高电平的信号，没有时钟信息。这是NRZI编码最大的缺陷！！好在4B/5B编码，弥补了此缺陷，4B/5B编码后，规避了全0的情况，任意4比特的数据，都会被编码成至少包含3个1的5比特数据。并且5比特的11111被编码成了idle控制码，用于在没有数据传送时，用此编码传递时钟同步信号：———————————————————————————————————————PMD子层PMD子层位于整个网络的最底层, 且只适用于>=100M速率的情形，主要完成（1）MDI输出信号MDI的接口信号是差分信号，如Tx+, TX-, 就是一对差分信号。差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在非差分信号系统里，"系统地"被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时，这种信号被称之为单端电压。当两个导体上被同时加入的一个幅度相等、相位相反的电压，也就是所谓共模信号，信号值是两个导体间的电压差。差分信号的第一个好处是，线路中传输的信号自包含了“基准信号”，因此能够很容易地识别小信号。在一个“地”做基准的单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大，因此被传输信号的幅度就不能太低。差分信号恢复的信号值在很大程度上与双方的系统'地'信号的精确值无关，只与传输的信号的幅度差有关。差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰（EMI Electromagnetic Interference）是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值，这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。差分信号提供的第三个好处是，在一个单电源系统，能够从容精确地处理'双极'（正负）信号。为了处理单端，单电源系统的双极信号，我们必须在地和电源干线之间某任意电压处（通常是中点）建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号，低于虚地的电压来表示负极信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号，不需要这样一个虚地，这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度，而无须依赖虚地的稳定性。（2）网络变压器在物理层芯片输出与RJ45线路信号输出之前还有一个网络变压器，进行电信号的隔离。变压器功能电气隔离任何CMOS的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于0V的，PHY输出信号送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。而且如果外部网线直接和芯片相连的话，电磁感应（打雷）和静电，很容易造成芯片的损坏。网络变压器本身就是设计为耐2KV~3KV的电压的。也起到了防雷保护作用。再就是设备接地方法不同，电网环境不同会导致双方的0V电平不一致，这样信号从A传到B，由于A设备的0V电平和B点的0V电平不一样，这样可能会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备。网络变压器把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号，隔断了信号中的直流分量，还可以在不同0V电平的设备中传送数据。从这个层面上看，网络变压器有点像“天线”：设备上的电信号，通过变压器“耦合”到RJ45的线路中，就像天线把电信号耦合成成电磁波信号，发送到空间中一样。共模抑制在双绞线中的每一对信号（如Tx+，Tx-）导线是以双螺旋形结构相互缠绕着。流过每根导线的电信幅度相同、相位差180度，因此其所产生的磁场受螺旋形的制约、抵消，防止了信号自传输过程中能量的散发损耗。即对差模信号而言，它在每一根导线上的电流是以相反方向（幅度相等的一对正负信号）在一对导线上传送。如果这一对导线是均匀的缠绕，这些相反的电流就会产生大小相等，反向极化的磁场，使它的输出互相抵消。在这一点上，正好与天线相反：天线中的电流在两根导线上以相同方向流动，并经过寄生电容CP到地返回。在这种情况下，电流产生大小相等极性相同的磁场，它们的输出不能相互抵消。共模电流在对绞线的表面产生一个电磁场, 电信号就通过电磁场散发到空间中。（3）SFP光信号接口：光纤连接、电/光转换等功能。PMD是由电/光收发器SFP完成的，SFP光模块是光通信的核心器件，是通过光电转换来实现设备间信息传输的接口模块，由接收部分和发射部分组成。其中发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号，传输媒质为光纤。SFP与物理层芯片之间的信号接口：发射部分原理输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC), 使输出的光信号功率保持稳定。接收部分原理一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。光模块的主要参数及意义传输速率传输速率指每秒传输比特数，单位 Mbps 或 Gbps。目前常用的传输速率有 155Mbps, 1.25Gbps, 2.5Gbps, 10Gbps等。传输距离光模块一般有多模550m, 单模15km, 40km, 80km和120km等。光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般划分如下：光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散，这是光模块的传输距离受到限制的主要原因。中心波长中心波长指光信号传输所使用的光波段,单位纳米(nm), 目前主要有850nm波段、1310nm 波段以及 1550nm 波段。至于电信号如何调制到光信号上，将单独的章节探讨。至此，用户数据的与“I Love you”对应的二进制数据，经过以太网MAC层封装、物理层的数字编码、电信号符号编码，转成了相关的电信号，再经过网络变压器或SFP光电转换器，就可以在物理线路上发送了。六、信道对信息的传输过程这里的信道主要是指RJ45双绞线信道与光纤信道。七、信宿对信息的接收过程及其关键原理1、以太网的解码过程2、信宿的接收过程信宿对信息的接收过是信号的发送过程的反向过程（1）信号的接收：如果是10/100M电口，这里主要是RJ45口和网络变压器对物理信号的接收如果是100M光口，这里主要是SFP光电转换器对光信号的接收，并转换成电信号。（2）物理层电信号解码或符号解码如果是10电口, 主要是曼切斯特编码解码。如果是100M电/光，这里主要是NRZI解码。（3）物理层信道解码：如果是100M电/光，主要是扰码、4B/5B编码（4）网络解码：解码MAC层解帧与CRC校验。（5）数据：经过CRC检查和MAC帧解码，得到“I Love You”对应的二进制ASCII编码的数据。（6）信宿：美女B美女B是一个程序员，通过二进制，直接翻译成“I Love You”，感受到了帅哥A的浓浓爱意。至此，整个以太网通信案例介绍完毕。扩展阅读：信号波形及频谱乐竹：网络层接收消息—分片组装09 论数据如何被切片的-IP切片及IP首部讲解编辑于 2022-12-22 18:04・IP 属地北京通信原理信息通信赞同 13211 条评论分享喜欢收藏申请

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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

历史[编辑]

網際網路协议套組

應用層

BGP

DHCP

DNS

FTP

HTTP

HTTPS

IMAP

LDAP

MGCP（英语：Media Gateway Control Protocol）

MQTT

NNTP

NTP

POP

ONC/RPC

RTP

RTSP

SIP

SMTP

SNMP

Telnet

TLS／SSL

SSH

XMPP

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傳輸層

TCP

UDP

DCCP

SCTP

RSVP

更多...

網路層

IPv4

IPv6

ICMP

ICMPv6

ECN

IGMP

OSPF

IPsec

RIP

更多...

連結層

ARP

NDP

Tunnels

L2TP

PPP

MAC

Ethernet

DSL

ISDN

FDDI

更多...

查论编

概述[编辑]

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]

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。

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。

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。

桥接和交换[编辑]

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。

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

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

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-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

查论编电子计算机基本部件输入设备

鍵盤

數字鍵盤

影像掃描器

显示卡

圖形處理器

麦克风

定点设备

数码绘图板

游戏控制器

光筆（英语：Light pen）

鼠标

光學

指点杆

触摸板

觸控式螢幕

轨迹球

盲文显示机

声卡

聲音處理器（英语：Sound chip）

摄像头

虛擬（英语：Softcam）

输出设备

顯示器

螢幕

盲文显示机

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声卡

显示卡

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開關模式電源

金屬氧化物半導體場效電晶體

功率

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擴充卡

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以太网

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並列

序列

PS/2

USB

Thunderbolt

DisplayPort／HDMI／DVI／VGA

SATA

TRS

规范控制

AAT: 300266018

GND: 4127501-9

J9U: 987007555681905171

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取自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=以太网&oldid=81300354”

本页面最后修订于2024年2月19日 (星期一) 10:07。

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Metcalfe的学生获得麻省理工学院的学士学位后，搬到河对岸的哈佛大学攻读博士学位之后。在他学习期间，他接触到了Abramson的工作，他对此很感兴趣。从哈佛毕业之后，他决定前往施乐帕洛阿尔托研究中心正式工作之前留在夏威夷度假，以便帮助Abramson工作。当他到帕洛阿尔托研究中心，他看到那里的研究人员已经设计并建造出后来称为个人计算机的机器，但这些机器都是孤零零的；他便运用帮助Abramson工作获得的知识与同事David Boggs 设计并实现了第一个局域网。该局域网采用一个长的粗同轴电缆，以3Mbps速率运行。 [1]他们把这个系统命名为以太网，人们曾经认为通过它可以传播电磁辐射。 [1]类型介绍播报编辑早期的以太网兆比特以太网施乐以太网（Xerox Ethernet，又称“施乐以太网”）──是以太网的雏型。最初的2.94Mbit/s以太网仅在施乐公司里内部使用。而在1982年，Xerox与DEC及Intel组成DIX联盟，并共同发表了Ethernet Version 2（EV2）的规格，并将它投入商场市场，且被普遍使用。而EV2的网络就是受IEEE承认的10BASE5。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──也称为星型局域网，速率是1Mbit/s。在商业上很失败，但同时也是双绞线的第一次使用。10Mbps以太网10BASE5（又称粗缆（Thick Ethernet）或黄色电缆）──最早实现10 Mbit/s以太网。早期IEEE标准，使用单根RG-11同轴电缆，最大距离为500米，并最多可以连接100台计算机的收发器，而缆线两端必须接上50欧姆的终端电阻。接收端透过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N型连接器。尽管由于早期的大量布设，到现在还有一些系统在使用，这一标准实际上被10BASE2取代。10BASE2（又称细缆（Thin Ethernet）或模拟网上）── 10BASE5后的产品，使用RG-58同轴电缆，最长转输距离约200米（实际为185米），仅能连接30台计算器，计算器使用T型适配器连接到带有BNC连接器的网卡，而线路两头需要50欧姆的终结器。虽然在能力、规格上不及10BASE5，但是因为其线材较细、布线方便、成本也便宜，所以得到更广泛的使用，淘汰了10BASE5。由于双绞线的普及，它也被各式的双绞线网络取代。StarLAN──第一个双绞线上实现的以太网上标准10 Mbit/s。后发展成10BASE-T。10BASE-T──使用3类双绞线、4类双绞线、5类双绞线的4根线（两对双绞线）100米。以太网集线器或以太网交换机位于中间连接所有节点。FOIRL ──光纤中继器链路。光纤以太网上原始版本。10BASE-F ── 10Mbps以太网光纤标准通称，2公里。只有10BASE-FL应用比较广泛。10BASE-FL ── FOIRL标准一种升级。10BASE-FB ──用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术，已废弃。10BASE-FP ──无中继被动星型网，没有实际应用的案例。100Mbps以太网（快速以太网）参见：百兆以太网快速以太网（Fast Ethernet）为IEEE在1995年发表的网上标准，能提供达100Mbps的传输速度。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。 [2]1Gbps以太网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（取决于频率以及光纤半径，使用多模光纤时最长距离在220M至550M之间）。1000BASE-LX-- 1 Gbit/s多模光纤（小于550M）、单模光纤（小于5000M）。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以太网参见：10吉比特以太网新的万兆以太网标准包含7种不同类型，分别适用于局域网、城域网和广域网。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InfiniBand4x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 -- 透过单模光纤分别支持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以太网参见：100G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。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。 [2]经典以太网播报编辑经典以太网用一个长电缆蜿蜒围绕着建筑物，这根电缆连接着所有的计算机。经典以太网的体系结构如下图《以太网》所示：以太网物理层以太网的每个版本都有电缆的最大长度限制（即无须放大的长度），这个范围内的信号可以正常传播，超过这个范围信号将无法传播。为了允许建设更大的网络，可以用中继器把多条电缆连接起来。中继器是一个物理层设备，它能接收、放大并在两个方向上重发信号。 [1]在这些电缆上，信息的发送使用曼彻斯特编码。 [1]MAC子层经典以太网使用1-坚持CSMA/CD算法，即当站有帧要发送时要侦听介质，一旦介质变为空闲便立即发送。在它们发送的同时监测信道上是否有冲突。如果有冲突，则立即终止传输，并发出一个短冲突加强信号，再等待一段随机时间后重发。 [1]交换式以太网播报编辑以太网的发展很快，从单根长电缆的典型以太网结构开始演变。单根电缆存在的问题，比如找出断裂或者松动位置等连接相关的问题，驱使人们开发出一种不同类型的布线模式。在这种模式中，每个站都有一条专用电线连接到一个中央集线器。集线器只是在电气上简单地连接所有连接线，就像把它们焊接在一起。集线器不能增加容量，因为它们逻辑上等同于单根电缆的经典以太网。随着越来越多的站加入，每个站获得的固定容量共享份额下降。最终，LAN将饱和。 [1]还有另一条出路可以处理不断增长的负载：即交换式以太网。交换式以太网的核心是一个交换机，它包含一块连接所有端口的高速背板。从外面看交换机很像集线器，它们都是一个盒子，通常拥有4-48个端口，每个端口都有一个标准的RJ-45连接器用来连接双绞电缆。交换机只把帧输出到该帧想去的端口。通过简单的插入或者拔出电缆就能完成添加或者删除一台机器，而且由于片状电缆或者端口通常只影响到一台机器，因此大多数错误都很容易被发现。这种配置模式仍然存在一个共享组件出现故障的问题，即交换机本身的故障：如果所有站都失去了网络连接，则IT人员知道该怎么解决这个问题：更换整个交换机。 [1]交换式以太网体系结构如下：以太网结构相关技术播报编辑共享介质带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台计算机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。当某台计算机要发送信息时，在以下行动与状态之间进行转换：1.开始- 如果线路空闲，则启动传输，否则跳转到第4步。2.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。3.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。4.线路繁忙- 持续等待直到线路空闲。5.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。6.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。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计算机。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。中继器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。集线器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。以太网交换机播报编辑测试项目性能指标使用专用的以太网测试仪器进行测试，这些性能指标的测试结果还可以评估LAN系统是否满足验收要求。从GBT21671-2008“基于以太网的LAN系统验收评估规范”可以了解到局域网还可以通过测量诸如网络吞吐量，传输延迟和丢包率等性能指标来判断性能。以太网测试仪是一款适合现场使用的坚固耐用的测试平台。它具有完整的以太网测试功能，双光口和双电口，以太网服务接口模块，HST-3000支持多种数据流测试。包括10/100/1000M以太网链路的流量生成和故障排除，它可以测试高达1Gbit/s的电气和光纤端口链路。由于验收检查中的各种条件的限制，可以支持点对点或路由网络的测试以用于交换机的例行测试。 [3]存在的问题现代测试仪器的整体特性是高可靠性，高性能和高适用性。因此，国内测试产品与国外产品之间的差距反映在这方面。虽然国内某些测试设备在一定的性能指标上接近国际先进水平，但具有达到国际标准的综合设备性能指标的产品普遍较少。此外，国内测试仪器大多是常见的规格，不能满足某些特殊环境下的测试工作。低度自动化测试也是一个常见问题。 [3]交换机测试技术如今，交换机以应用需求为向导对交换机的性能提出了新的要求。在网络综合服务、安全性、智能化等方面有了新的发展。协议测试是一种基本交换机测试技术，网络协议是为了提高测试的效率和沟通的有效性提出的为了保障通信的规则。在网络通信日益膨胀的年代，网络协议也必不可少，网络协议的基本要求是功能正确、互通性好和性能优越。协议测试最初的原型为软件测试，主要的分类有黑盒测试、白盒测试和灰盒测试。 [3]存在的问题播报编辑吞吐量是以太网测试的一项重要指标。很多工程师认为以太网交换吞吐量应该为其线速率，即100%流量下不能出现丢包，并且认为以太网帧间隔IFG小于96bits是非法的。但在以太网交换吞吐量及丢包率测试中，经常在线速条件下长时间误码测试会出现少量的丢包，究其原因为以太网跨时钟域架构所导致的。 [4]工业以太网技术的迅速发展和应用的同时，伴随出现了大量的网络问题。根据西门子公司提供的统计数据，网络通信故障率占70%以上，网络设备故障率不足30%。网络故障导致系统停机后，故障诊断和定位所需的时间占系统停机总时间的80%以上，而维护措施所占时间不足20%。因此网络流量实时监控和分析是工业以太网发展和应用中面临的重大问题，实时监控和分析工业以太网网络流量，及时发现和定位网络问题对提高整个系统的稳定运行起到了至关重要的作用。 [5]车载以太网播报编辑传统以太网协议由于采用的是载波监听多路访问及冲突检测技术。因此，在数据包延时、排序和可靠性上达不到车载网络实时性要求，所以，常见的车载局域网仍是基于CAN的实时现场总线协议。但随着汽车电子技术的爆发式发展，ECU数量不断增长，影音娱乐信号也纳入车内通信，这使得高实时、低带宽的传统车载总线开始不适应汽车电子发展趋势。 [6]国际电子电气工程师协会(IEEE)经过长期研究在2016年批准了第一个车载以太网标准 “100BASE-T1”，其基于博通公司的BroadR.Reach 解决方案，在物理层用单对非屏蔽双绞线电缆，采用更加优化的扰码算法来减弱信号相关性增加实时性，可在车内提供100Mbps高实时带宽。 [6]高速以太网在汽车干扰环境下的通信质量是需要重点考查的问题。特别对于100BASE.T1网络采用的是非屏蔽的电缆，更容易受到电流浪涌、电磁干扰的影响，导致其性能不稳定甚至功能失效。有基于以太网物理层的一致性测试方法，用于测试信号发射设备的回波损耗、定时抖动和最大输出跌落等性能；RFC2544标准提供了以太网时延、吞吐量和丢包率等主要性能指标的测试方法；但这些常见方法都是基于传统以太网，不支持 100BASE-TI车载以太网，并且没有考虑到车载环境的干扰特征。 [6]工业以太网播报编辑工业以太网技术源自于以太网技术，但是其本身和普通的以太网技术又存在着很大的差异和区别。工业以太网技术本身进行了适应性方面的调整，同时结合工业生产安全性和稳定性方面的需求，增加了相应的控制应用功能，提出了符合特定工业应用场所需求的相应的解决方案。工业以太网技术在实际应用中，能够满足工业生产高效性、稳定性、实时性、经济性、智能性、扩展性等多方面的需求，可以真正延伸到实际企业生产过程中现场设备的控制层面，并结合其技术应用的特点，给予实际企业工业生产过程的全方位控制和管理，是一种非常重要的技术手段。 [7]工业以太网技术应用的优势分析如下：第一，工业以太网技术具有广泛的应用范围。以太网技术本身作为重要的基础性计算机网络技术，其本身能够兼容多种不同的编程语言。例如，常见的JAVA、C++等编程语言都支持以太网方面的应用开发。 [7]第二，工业以太网技术具有良好的应用经济性。相对于以往传统工业生产当中现场总线网卡的基础设施方面的投入，以太网的网卡成本方面具有十分显著的优势。在当前以太网技术不断发展的今天，整体以太网技术的设计、应用方面已经十分成熟。在具体技术开发方面，有着很多现有的资源和设计案例进行应用，这也进一步降低了系统的开发和推广成本，同时也让后续培训工作的开展变得更加有效率。可以说，经济性强、成本低廉、应用效率高、过渡短、方案成熟，这是工业以太网技术的一个显著优势特征。 [7]第三，工业以太网技术具有较高的通信速率。相对现场总线来说，工业以太网的通信速率较高，1Gb/s的技术应用也变得十分成熟。在当前不断增长的工业控制网络性能吞吐需求的前提下，这种速率上的优势十分明显，其能够更好地满足当前的带宽标准，是新时期现代工业生产网络工程的重要发展方向。相对上也控制网络来说，工业控制网络内部不同节点的实时数据了相对较少，但是其对于传输的实时性方面要求很高。以太网技术本身的网络负载方面有着显著的优势，这也让整个通信过程的实时性需求得到了更好的满足。良好的通信速率标准，可以进一步降低网络负荷，减少网络传输延时，从而最大限度规避忘了碰撞的概率，保障工业生产的安全性与可靠性。 [7]第四，工业以太网技术具有良好的共享能力。随着当前网络技术的不断发展和成熟化，整个互联网体系变得更加成熟，任何一个接入到网络当中的计算机，都可以实现对工业控制现场相关数据的浏览和调用，这对于远程管控应用来说具有良好的优势，同时这也超越了以往现场总线管理模式的便利性，是实现现代化工业生产管理的重要基础性依据。 [7]第五，工业以太网技术具有良好的发展空间。通过工业以太网技术的应用，整个工业网络控制系统本身会具备一个更加广阔的发展空间和前景。在后续技术改造和升级的过程中，以太网技术能够为其提供一个良好的基础平台，这种扩展性方面的优势相比于现场总线技术来说是十分明显的。与此同时，在当前人工智能等相关技术发展的环境下，网络通信质量和效率本身的标准更高，很多新通信协议的应用，这也需要工业以太网技术给予相应的支持。 [7]新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号京公网安备110000020000

21.2 二层网络 --- Ethernet - 知乎

21.2 二层网络 --- Ethernet - 知乎首发于MIT6.S081 操作系统工程中文翻译切换模式写文章登录/注册21.2 二层网络 --- Ethernet肖宏辉网络/OpenStack/SDN/NFV搬运工让我从最底层开始，我们先来看一下一个以太网packet的结构是什么。当两个主机非常靠近时，或许是通过相同的线缆连接，或许连接在同一个wifi网络，或许连接到同一个以太网交换机。当局域网中的两个主机彼此间要通信时，最底层的协议是以太网协议。你可以认为Host1通过以太网将Frame发送给Host2。Frame是以太网中用来描述packet的单词，本质上这就是两个主机在以太网上传输的一个个的数据Byte。以太网协议会在Frame中放入足够的信息让主机能够识别彼此，并且识别这是不是发送给自己的Frame。每个以太网packet在最开始都有一个Header，其中包含了3个数据。Header之后才是payload数据。Header中的3个数据是：目的以太网地址，源以太网地址，以及packet的类型。每一个以太网地址都是48bit的数字，这个数字唯一识别了一个网卡。packet的类型会告诉接收端的主机该如何处理这个packet。接收端主机侧更高层级的网络协议会按照packet的类型检查并处理以太网packet中的payload。整个以太网packet，包括了48bit+48bit的以太网地址，16bit的类型，以及任意长度的payload这些都是通过线路传输。除此之外，虽然对于软件来说是不可见的，但是在packet的开头还有被硬件识别的表明packet起始的数据（注，Preamble + SFD），在packet的结束位置还有几个bit表明packet的结束（注，FCS）。packet的开头和结束的标志不会被系统内核所看到，其他的部分会从网卡送到系统内核。如果你们查看了这门课程的最后一个lab，你们可以发现我们提供的代码里面包括了一些新的文件，其中包括了kernel/net.h，这个文件中包含了大量不同网络协议的packet header的定义。上图中的代码包含了以太网协议的定义。我们提供的代码使用了这里结构体的定义来解析收到的以太网packet，进而获得目的地址和类型值（注，实际中只需要对收到的raw data指针强制类型转换成结构体指针就可以完成解析）。学生提问：硬件用来识别以太网packet的开头和结束的标志是不是类似于lab中的End of Packets？Robert教授：并不是的，EOP是帮助驱动和网卡之间通信的机制。这里的开头和结束的标志是在线缆中传输的电信号或者光信号，这些标志位通常在一个packet中是不可能出现的。以结束的FCS为例，它的值通常是packet header和payload的校验和，可以用来判断packet是否合法。有关以太网48bit地址，是为了给每一个制造出来的网卡分配一个唯一的ID，所以这里有大量的可用数字。这里48bit地址中，前24bit表示的是制造商，每个网卡制造商都有自己唯一的编号，并且会出现在前24bit中。后24bit是由网卡制造商提供的任意唯一数字，通常网卡制造商是递增的分配数字。所以，如果你从一个网卡制造商买了一批网卡，每个网卡都会被写入属于自己的地址，并且如果你查看这些地址，你可以发现，这批网卡的高24bit是一样的，而低24bit极有可能是一些连续的数字。虽然以太网地址是唯一的，但是出了局域网，它们对于定位目的主机的位置是没有帮助的。如果网络通信的目的主机在同一个局域网，那么目的主机会监听发给自己的地址的packet。但是如果网络通信发生在两个国家的主机之间，你需要使用一个不同的寻址方法，这就是IP地址的作用。在实际中，你可以使用tcpdump来查看以太网packet。这将会是lab的一部分。下图是tcpdump的一个输出：tcpdump输出了很多信息，其中包括：接收packet的时间第一行的剩下部分是可读的packet的数据接下来的3行是收到packet的16进制数如果按照前面以太网header的格式，可以发现packet中：前48bit是一个广播地址，0xffffffffffff。广播地址是指packet需要发送给局域网中的所有主机。之后的48bit是发送主机的以太网地址，我们并不能从这个地址发现什么，实际上这个地址是运行在QEMU下的XV6生成的地址，所以地址中的前24bit并不是网卡制造商的编号，而是QEMU编造的地址。接下来的16bit是以太网packet的类型，这里的类型是0x0806，对应的协议是ARP。剩下的部分是ARP packet的payload。发布于 2021-04-24 19:21网络协议以太网（Ethernet）MIT 公开课程赞同 4添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录MIT6.S081 操作系统工程中文翻译争取两周更新一个lect

以太网帧结构详解 - 知乎

以太网帧结构详解 - 知乎首发于网络协议详解切换模式写文章登录/注册以太网帧结构详解nwatch计算机的世界真是太精彩了！！！前言20世纪60年代以来，计算机网络得到了飞速发展。各大厂商和标准组织为了在数据通信网络领域占据主导地位，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，如IBM公司的SNA协议，Novell公司的IPX/SPX协议，以及广泛流行的OSI参考模型和TCP/IP协议。同时，各大厂商根据这些协议生产出了不同的硬件和软件。标准组织和厂商的共同努力促进了网络技术的快速发展和网络设备种类的迅速增长。网络通信中，“协议”和“标准”这两个词汇常常可以混用。同时，协议或标准本身又常常具有层次的特点。一般地，关注于逻辑数据关系的协议通常被称为上层协议，而关注于物理数据流的协议通常被称为低层协议。IEEE 802就是一套用来管理物理数据流在局域网中传输的标准，包括在局域网中传输物理数据的802.3以太网标准。还有一些用来管理物理数据流在使用串行介质的广域网中传输的标准，如帧中继FR（Frame Relay），高级数据链路控制HDLC（High-Level Data Link Control），异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）。分层模型- OSI不同的协议栈用于定义和管理不同网络的数据转发规则。国际标准化组织ISO于1984年提出了OSI RM（Open System Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型）。OSI 参考模型很快成为了计算机网络通信的基础模型。OSI参考模型具有以下优点：简化了相关的网络操作；提供了不同厂商之间的兼容性；促进了标准化工作；结构上进行了分层；易于学习和操作。OSI参考模型各个层次的基本功能如下：1.物理层: 在设备之间传输比特流，规定了电平、速度和电缆针脚。2.数据链路层：将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）来访问介质，并进行差错检测。3.网络层：提供逻辑地址，供路由器确定路径。4.传输层：提供面向连接或非面向连接的数据传递以及进行重传前的差错检测。5.会话层：负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。6.表示层：提供各种用于应用层数据的编码和转换功能，确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。7.应用层：OSI参考模型中最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。分层模型– TCP/IPTCP/IP模型同样采用了分层结构，层与层相对独立但是相互之间也具备非常密切的协作关系。TCP/IP模型将网络分为四层。TCP/IP模型不关注底层物理介质，主要关注终端之间的逻辑数据流转发。TCP/IP模型的核心是网络层和传输层：网络层解决网络之间的逻辑转发问题，传输层保证源端到目的端之间的可靠传输。最上层的应用层通过各种协议向终端用户提供业务应用。数据封装应用数据需要经过TCP/IP每一层处理之后才能通过网络传输到目的端，每一层上都使用该层的协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）彼此交换信息。不同层的PDU中包含有不同的信息，因此PDU在不同层被赋予了不同的名称。如上层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为Segment（数据段）数据段被传递给网络层，网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet（数据包）数据包被传递到数据链路层，封装数据链路层报头得到的PDU被称为Frame（数据帧）最后，帧被转换为比特(物理层)通过网络介质传输。这种协议栈逐层向下传递数据，并添加报头和报尾的过程称为封装。终端之间的通信数据链路层控制数据帧在物理链路上传输。数据包在以太网物理介质上传播之前必须封装头部和尾部信息。封装后的数据包称为称为数据帧，数据帧中封装的信息决定了数据如何传输。以太网上传输的数据帧有两种格式，选择哪种格式由TCP/IP协议簇中的网络层决定。帧格式以太网上使用两种标准帧格式。第一种是上世纪80年代初提出的DIX v2格式，即Ethernet II帧格式。Ethernet II后来被IEEE 802标准接纳，并写进了IEEE 802.3x-1997的3.2.6节。第二种是1983年提出的IEEE 802.3格式。这两种格式的主要区别在于，Ethernet II格式中包含一个Type字段，标识以太帧处理完成之后将被发送到哪个上层协议进行处理。IEEE 802.3格式中，同样的位置是长度字段。不同的Type字段值可以用来区别这两种帧的类型当Type字段值小于等于1500（或者十六进制的0x05DC）时，帧使用的是IEEE 802.3格式。当Type字段值大于等于1536 （或者十六进制的0x0600）时，帧使用的是Ethernet II格式。以太网中大多数的数据帧使用的是Ethernet II格式。以太帧中还包括源和目的MAC地址，分别代表发送者的MAC和接收者的MAC，此外还有帧校验序列字段，用于检验传输过程中帧的完整性。Ethernet_II 帧格式Ethernet_II 帧类型值大于等于1536 (0x0600)以太网数据帧的长度在64-1518字节之间Ethernet_II的帧中各字段说明如下：DMAC（Destination MAC）是目的MAC地址。DMAC字段长度为6个字节，标识帧的接收者。SMAC（Source MAC）是源MAC地址。SMAC字段长度为6个字节，标识帧的发送者。类型字段（Type）用于标识数据字段中包含的高层协议，该字段长度为2个字节。类型字段取值为0x0800的帧代表IP协议帧；类型字段取值为0806的帧代表ARP协议帧。数据字段(Data)是网络层数据，最小长度必须为46字节以保证帧长至少为64字节，数据字段的最大长度为1500字节。循环冗余校验字段（FCS）提供了一种错误检测机制。该字段长度为4个字节。IEEE802.3 帧格式IEEE 802.3 帧长度字段值小于等于1500 (0x05DC)IEEE 802.3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。Length字段定义了Data字段包含的字节数。逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）由目的服务访问点DSAP（Destination Service Access Point）、源服务访问点SSAP（Source Service Access Point）和Control字段组成。SNAP（Sub-network Access Protocol）由机构代码（Org Code）和类型（Type）字段组成。Org code三个字节都为0。Type字段的含义与Ethernet_II帧中的Type字段相同。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。DSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。数据帧传输数据链路层基于MAC地址进行帧的传输以太网在二层链路上通过MAC地址来唯一标识网络设备，并且实现局域网上网络设备之间的通信。MAC地址也叫物理地址，大多数网卡厂商把MAC地址烧入了网卡的ROM中。发送端使用接收端的MAC地址作为目的地址。以太帧封装完成后会通过物理层转换成比特流在物理介质上传输。以太网的MAC地址MAC地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位代表该供应商代码，由IEEE管理和分配。剩下的24位序列号由厂商自己分配。如同每一个人都有一个名字一样，每一台网络设备都用物理地址来标识自己，这个地址就是MAC地址。网络设备的MAC地址是全球唯一的。MAC地址长度为48比特，通常用十六进制表示。MAC地址包含两部分：前24比特是组织唯一标识符（OUI，Organizationally Unique Identifier），由IEEE统一分配给设备制造商。例如，华为的网络产品的MAC地址前24比特是0x00e0fc。后24位序列号是厂商分配给每个产品的唯一数值，由各个厂商自行分配（这里所说的产品可以是网卡或者其他需要MAC地址的设备）。数据帧的发送和接收单播局域网上的帧可以通过三种方式发送。第一种是单播，指从单一的源端发送到单一的目的端。每个主机接口由一个MAC地址唯一标识，MAC地址的OUI中，第一字节第8个比特表示地址类型。对于主机MAC地址，这个比特固定为0，表示目的MAC地址为此MAC地址的帧都是发送到某个唯一的目的端。在冲突域中，所有主机都能收到源主机发送的单播帧，但是其他主机发现目的地址与本地MAC地址不一致后会丢弃收到的帧，只有真正的目的主机才会接收并处理收到的帧。广播第二种发送方式是广播，表示帧从单一的源发送到共享以太网上的所有主机。广播帧的目的MAC地址为十六进制的FF:FF:FF:FF:FF:FF，所有收到该广播帧的主机都要接收并处理这个帧。广播方式会产生大量流量，导致带宽利用率降低，进而影响整个网络的性能。当需要网络中的所有主机都能接收到相同的信息并进行处理的情况下，通常会使用广播方式。组播第三种发送方式为组播，组播比广播更加高效。组播转发可以理解为选择性的广播，主机侦听特定组播地址，接收并处理目的MAC地址为该组播MAC地址的帧。组播MAC地址和单播MAC地址是通过第一字节中的第8个比特区分的。组播MAC地址的第8个比特为1，而单播MAC地址的第8个比特为0。当需要网络上的一组主机（而不是全部主机）接收相同信息，并且其他主机不受影响的情况下，通常会使用组播方式。发送与接收当主机接收到的数据帧所包含的目的MAC地址是自己时，会把以太网封装剥掉后送往上层协议。帧从主机的物理接口发送出来后，通过传输介质传输到目的端。共享网络中，这个帧可能到达多个主机。主机检查帧头中的目的MAC地址，如果目的MAC地址不是本机MAC地址，也不是本机侦听的组播或广播MAC地址，则主机会丢弃收到的帧。如果目的MAC地址是本机MAC地址，则接收该帧，检查帧校验序列（FCS）字段，并与本机计算的值对比来确定帧在传输过程中是否保持了完整性。如果帧的FCS值与本机计算的值不同，主机会认为帧已被破坏，并会丢弃该帧。如果该帧通过了FCS校验，则主机会根据帧头部中的Type字段来确定将帧发送给上层哪个协议处理。实际数据包分析：ARP类型数据包其他类型数据包：原文链接；以太网帧结构详解_曌赟的博客-CSDN博客发布于 2020-10-12 11:16计算机网络网络通信数据通信赞同 531 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录网络协议详解网络协

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以太网

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

8参见

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星际互联网（IPN）

查论编

“Ethernet”的各地常用名称笔记本电脑上已插上网路线的以太网接口中国大陆以太网台湾乙太网路

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。

历史[编辑]

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。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：区域计算机网络的分布式数据包交换技术》的文章。

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NDP

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查论编

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[哪个／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。[来源请求]

概述[编辑]

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[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[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。

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[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。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。

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。

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。

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。

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优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，又称“全录以太网”）──是以太网的雏型。最初的2.94Mbit/s以太网仅在施乐公司里内部使用。而在1982年，Xerox与DEC及Intel组成DIX联盟，并共同发表了Ethernet Version 2（EV2）的规格，并将它投入商场市场，且被普遍使用。而EV2的网络就是目前受IEEE承认的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 ──也称为星型局域网，速率是1Mbit/s。在商业上很失败，但同时也是双绞线的第一次使用。

10Mbps以太网[编辑]

10BASE-T电缆

参见：十兆以太网

10BASE5（又称粗缆（Thick Ethernet）或黄色电缆）──最早实现10 Mbit/s以太网。早期IEEE标准，使用单根RG-11同轴电缆，最大距离为500米，并最多可以连接100台电脑的收发器，而缆线两端必须接上50欧姆的终端电阻。接收端通过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N型连接器。尽管由于早期的大量布设，到现在还有一些系统在使用，这一标准实际上被10BASE2取代。

10BASE2（又称细缆（Thin Ethernet）或模拟网络）── 10BASE5后的产品，使用RG-58同轴电缆，最长转输距离约200米（实际为185米），仅能连接30台计算机，计算机使用T型适配器连接到带有BNC连接器的网卡，而线路两头需要50欧姆的终结器。虽然在能力、规格上不及10BASE5，但是因为其线材较细、布线方便、成本也便宜，所以得到更广泛的使用，淘汰了10BASE5。由于双绞线的普及，它也被各式的双绞线网络取代。

StarLAN ──第一个双绞线上实现的以太网络标准10 Mbit/s。后发展成10BASE-T。

10BASE-T ──使用3类双绞线、4类双绞线、5类双绞线的4根线（两对双绞线）100米。以太网集线器或以太网交换机位于中间连接所有节点。

FOIRL ──光纤中继器链路。光纤以太网络原始版本。

10BASE-F ── 10Mbps以太网光纤标准通称，2公里。只有10BASE-FL应用比较广泛。

10BASE-FL ── FOIRL标准一种升级。

10BASE-FB ──用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术，已废弃。

10BASE-FP ──无中继被动星型网，没有实际应用的案例。

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）为IEEE在1995年发表的网络标准，能提供达100Mbps的传输速度。[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的光信号与电气信号转换器

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（取决于频率以及光纤半径，使用多模光纤时最长距离在220M至550M之间）。[3]

1000BASE-LX -- 1 Gbit/s多模光纤（小于550M）、单模光纤（小于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吉比特以太网

新的万兆以太网标准包含7种不同类型，分别适用于局域网、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 -- 通过单模光纤分别支持10公里和40公里

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协议观念与实现ISBN 9577177069

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

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

参见[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

以太网物理层（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）

工业以太网

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

查论编互联网访问有线网络

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

蓝牙

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标准当前标准

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

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