以太网基础知识

• B.频带宽度比原始的基带信号增加了一倍； • C.更好的抗干扰性能。
从第二个信号开始 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"
0100 1100 011
时钟
基带数字信号
Manchester 差分 Manchester
1.2.2 Data link layer
1.2.2 Data link layer
• MAC子层的两种工作模式 • 半双工模式：基于CSMA/CD的介质访问方法。两个或更多
的站点共享一个传输介质，一个站点会等到其它站点没有 传输时，以连续比特流的形式发送信息。如果发生冲突， 站点会继续传输一段时间来确保冲突到达整个系统(发送 jam信号），然后回退随机时间准备重传。
LLC3：带发送确认的无连接服务，适用于传送 可靠性和实时性都要求的信息，如告警信息
说明：1.帧访问共享介质后，帧的传输就交给了MAC层。 MAC层的传输不能建立逻辑连接并且不能恢复丢失或损 坏的帧。如果高层协议要求可靠传输服务，必须向LLC层 请求。LLC层建立与目标节点的连接并且组织帧的发送。
2.LLC模式的选择取决于高层协议的要求。
一.以太网基础知识
• 1.1.1 以太网的四个基本要素：
帧 （ Frame ） ： 它是一系列标准化的数据位，用于在以太网络系统中传输数据
。 介质访问控制协议（ Media access control protocol ）：
它由一整套内嵌于各个以太网接口中的规则组成，它允许多个计 算机以公平的方式访问共享的以太网信道。 信号部件（ Signaling component ）：
桥必须把这一帧转发到目的地址所在的端口。
• 未知目的地址的帧的转发 • 如果网桥当前还不知道站发送帧的目的地址，网桥在地址表中找不到该目的地址与端口，
它便会向除接收该帧之外的所有端口转发此帧。这称为扩散( flooding )或泛洪。扩散使网 桥可以与未知的站通信。除了不必要地占用了输出端口的LAN带宽以外，帧扩散并没有坏 处。如果站真的存在，扩散保证通信能正常进行。与此类似，如果一个站向组播地址发送 帧，网桥会向除接收此帧的端口以外的所有端口转发它。这是因为网桥不能确定哪些站正 在监听某个组播地址，所以它不应该把帧的转发限制到一个特定的输出端口上。
帧传送完后，重复轮询。
1.2.2 Data link layer
帧传送的阶段：
• 帧格式化：给帧填充信息：DA,SA,用户数据和高 层协议代码，计算校验和并保存在相应的字段。
• 帧传送到介质：在发送端MAC层把帧传送到物理 层，通过物理层设备传送帧。
• 帧接收：接收端的MAC层执行发送端的逆过程。 包括对帧的CRC校验，如果CRC校验正确， MAC层就把它传给协议栈的高层；如果CRC校验 错误，那么丢弃该帧。
1000BASE 802.3z 非屏蔽双绞线（
X
UTP），光缆
1000BASE 802.3ab 双绞线 T
一.以太网基础知识
• IEEE802标准：是IEEE（电气和电子工程师协会）对局 域网和城域网 （ LAN/ MAN）开发的一系列标准。
• IEEE802.3:是IEEE发布的局域网协议，规定了关于物理 层和数据链路层MAC子层的一种实现方式。IEEE 802.3 采用CSMA/CD机制，在各种物理介质上实现不同的访问 速度。IEEE 802.3标准的一个扩展规定了快速以太网的具 体实现。
• 地址表的更新 • 网桥通过记录接收帧的源地址，可以动态地建立地址表。当网桥接收到一个帧后，它在表
中查找与发送站对应的项(由帧的源地址指明)。 • 如果找到了，就会更新地址表中与该站相对应的端口，以反映在该端口上接收到了最新的
帧。这使得网桥可以正确地映射从一个LAN网段转移到另一个网段的站。 • 如果没有找到登记项，网桥会根据新发现的地址和接收它的端口地址新建一个新地址表项
.注意使用中不能形成环路，并且有个数限制
网桥：又叫桥接器，工作在数据链路层 .有筛选/过滤功能，隔离不需要在网间传输的信息，寻址和路径选择 靠DL层的帧头中的MAC地址，不能广播包抑制和子网隔离.
路由器：工作在网络层，能广播包抑制和子网隔离， 有地址映射，数据转换，路由选择，协议转换，流量控制等功能
1.3 以太网补充知识
• 1.3.1 网桥
• 网桥和中继器非常相像，它与中继器的不 同之处就在于它能够解析它收发的数据。 网桥工作在OSI模型的数据链路层；数据链 路层能够进行流控制、纠错处理以及地址 分配。网桥能够解析它所接收到的帧，并 能指导如何把数据传送到目的地。
网桥原理
• 已知目的地址的帧的转发
1.2.1 Physical Layer
曼彻斯特编码规则
位中间电平从高到低跳变表示“0”；
• 曼彻斯特编码 • 常用介质编码方法， • 特点： • A.便于提取同步信号；
位中间电平从低到高跳变表示“1”。 差分曼彻斯特编码规则 第一个信号 如果中间位电平从高到低，则表示0； 如果中间位电平从低到高，则表示1；
域网。在以太网中，所有计算机被连接在一
条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波检
测多路访问（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
享传输媒体构成。在星型(总线本身放在集中
器中)或总线型配置结构中，集线器/交换机/
网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站
彼此之间相互连接。
• 以10BASET为例： • 10代表10Mbps，BASE 表示基带信号， • T代表双绞线。
• 网桥内部有一个网桥端口与所有站相对应的地址映射表，当网桥的一个端口接收到帧后， 网桥检查该帧的目的地址，然后查找地址表，确定与该地址对应的端口。
•
a.如果收到帧的端口正是帧目的地址所在的端口，那么网桥就会丢弃这个帧。因为可以
认定通过正常的LAN传输机制，目标机已经接收过这个帧。
•
b 如果收到的帧的端口不是目的地址所在的端口，为了使目标站正确地收到该帧，网
• 最初的IEEE 802.3标准的物理层实现包括：10BASE2、 10BASE5、10BASE-F和10BROAD-36。
• 快速以太网的物理层实现包括：100BASE-TX 和 100BASE-FX。
• 吉比特以太网的物理层实现包括：1000BASE-T、 1000BASE-LX和1000BASE-SX。
Ethernet&802.3基础知识报告
主要内容
一.以太网基础知识 1.1 以太网&802.3简介 1.1.1 以太网的基本要素 1.1.2 LAN的互联 1.2 OSI模型七层结构 1.2.1 物理层 1.2.2 数据链路层 1.3 以太网补充知识
二.MAC帧结构 1.1 基本的MAC帧结构 1.2 带标签的MAC帧结构 1.3 帧结构补充知识
三 Media Access Contol 3.1 CSMA/CD 3.2 MAC 补充知识
一.以太网基础知识
• 1.1 以太网&802.3简介
•
以太网(Ethernet）是当今局域网采用的
最通用的通信协议标准，它传输速率为
10Mbps，组建于七十年代早期。现在，以
太网一词泛指所有采用CSMA／CD协议的局
一层和第二层的MAC部分（即第二层的一部分）
。IEEE802．3没有定义逻辑链路控制协议，但定
义了几个不同物理层协议，而以太网只定义了一
个物理层协议。
• IEEE802．3的每个物理层协议都可以从三方面说 明其特征，这三方面分别是LAN的速度、信号传 输方式和物理介质类型
以太网的一些重要的参数值
slot time:为信道的间歇时间，在10/100Mb/s中为512bits time长,在1000Mb/s中为4096 bits time。
InterframeGap：Frame间隔时间，为96bits time，10Mb/s中为9.6us，100Mb/s中为 0.96us，1000Mb/s中为0.096us。
Attemptlimit：发生冲突后帧重传的最大限度，为16次。 Backoff：为解决冲突之算法的一个参数，最大限度为10。 Jamsize：jam信号的size，固定为32bit。 Maxuntaggedframesize：最大的untagged frame长度，为1518byte。 Minframesize：最小的frame长度，为64byte。 Burstlimit：为1000Mb/s中独有参数，为65536 bits。
以太网类型和它们使 用的协议以及传输媒
体
以 太 网 类 使 用 的 使用的传输媒体
型
协议
10BASE5 802.3 （DIX）
粗同轴电缆
10BASE2 802.3a 细同轴电缆
10BASE T 802.3i 双绞线
10BASE F 802.3j 光缆
100BASE 802.3u 双绞线 T
全 双 工 以 802.3x 双绞线，光缆 太网
数据链路层被分为MAC和LLC两个子层 目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分进行区分，
降低研究和实现的复杂度。
• MAC层
• 主要功能: a.保证共享介质的访问（介质的分配，冲突的处理） b.保证端节点间的帧传输(数据的封装，发送，接收）
共访 享问 介方 质法
随机访问：当一个节点要传送帧时，就使用共享介质而不用和
它们是一些标准化的电子设备，用来在以太网信道中发送和接收 信号。 物理介质（ Physical medium ）：
由电缆和其他用来在连网的计算机之间传输数字式以太网信号的 硬件部件组成。
一.以太网基础知识
1.1.2 LAN 的互联：目的是为了实现用户对所互联的网络的资源共享和通
信
中继器：又叫转发器，在物理层工作 ； 对网络电缆上传输的数据信号经过放大整形后再发送到其他电缆段
• LLC层
• 主要功能：
a.建立与网络层的接口 b.按预定的可靠性级别确保帧的传输
• 接口功能：包括在MAC层与网络层之间传送用户数据和控 制数据。
a.(从上层到下层）多路复用:把经过几个网络层协议收到的数据传送
• 方法： 到单个MAC层协议。 b.（从下层到上层）解多路复用：来自MAC层的数据流按计算机支 持的网络协议的数量分成若干个子流。
网关：又叫网间连接器或连网机，工作在传输层以上的层次 高层协议转发器，用于不同类型且差别较大的的网络之间的互联
一.以太网基础知识
• 以太网和IEEE802．3服务的差别
•
尽管以太网与IEEE802．3标准有很多相似之
处，但也存在一定的差别。以太网提供的服务对
应于OSI参考模型的第一层和第二层，而
IEEE802．3提供的服务对应于OSI参考模型的第
1.2 OSI模型七层结构
1.2.1 Physical Layer
• 物理层是OSI模型的最低层或称作第一层， 主要完成相邻结节之间的比特流的传输。 同时本层还定义了一些有关网络的物理特 性，包括物理连网媒介，如：电缆连线和 连接器。物理层的协议产生并检测电压以 便发送和接收携带数据的信号。
• 物理层的主要功能 • （1）信号的编码和译码； • （2）比特的发送和接收。
• 为了数据解多路复用，LLC协议在数据头部使用特殊字段SAP（服务访 问点）。
目的服务访问点 （DSAP)
源服务访问点 （SSAP)
控制字段
数据
LLC帧格式
1.2.2 Dat性传输：
LLC1：不确认的无连接服务，适用于广播、组 播通信，周期性数据采集
操作模式
LLC2：具有出错和丢失帧恢复功能的面向连接 的服务，适用于长文件传输
• 全双工模式：在点对点介质段的一对设备间进行同步通信 ，点对点介质段提供了独立的发送和接收数据的路径。全 双工模式不需要传输介质访问控制单元避免冲突但必须满 足以下条件： 1.物理介质支持无干扰的同时传送与接收。 2.两站点以点对点的全双工方式连接。 3.两站点都支持并被配置为全双工操作方式。
1.2.2 Data link layer
其他节点协调。（随机访问的特点是发生冲突（cllision)的可能
性大。）
令牌传递：每台计算机只有在收到令牌后才能在一个
固定的时间周期内使用共享介质。
确定性访问:
最大等待时间=令牌持有时间×计算机数量
预先知道访问 共享介质的最 大时间
轮询算法：网络中有个专用节点起着共享介质仲裁者的作 用，仲裁者周期性的询问其他节点是否有帧要传送，当收 到请求时，仲裁者决定哪个节点使用共享介质传送帧，当