以太网技术和讲义组网规范
以太网基础知识讲义
以太网基础知识讲义以太网基础知识讲义1前言本教材是以太网知识的入门教程，前三章主要介绍了以太网了一些基本知识和工作原理方面的知识。
第四章与实际设计比较接近，介绍了目前在设计以太网产品经常会接触到的一些接口。
第五章对芯片内部的功能做了简单的介绍。
本教材适用于新近入职的研发处的员工及其它部门希望进一步了解以太网产品设计的员工。
本教材前四部分主要参考自《新版交换式以太网和快速以太网》，《千兆位以太网教程》(以上书目可在LAN组目录下查到)，《以太网》(公司参考书目)，《IEEE802.3协议-2000版》。
第五部分内容主要译自AH104芯片资料，AL101芯片资料。
有错误之处，敬请大家指正。
2以太网基础知识讲义 (1)第一章以太网技术的简单介绍 (5)1.1 以太网的起源 ..................................................................... ............................................ 5 1.2 ISO七层模型 ..................................................................... ............................................ 5 1.3 以太网常见的拓扑结构 ..................................................................... .......................... 7 1.4 以太网常见的传输介质 ............................................................................................... 9 第二章以太网常见产品的介绍 (10)网路接口卡 ..................................................................... .............................................. 10 2.12.2 集线器 ..................................................................... . (12)2.3 交换机 ..................................................................... . (13)第三章以太网的传输机制 (15)3.1 以太网的核心CSMA/CD ................................................................ ....................... 15 3.2 以太网的帧结构 ..................................................................... ..................................... 17 3.3 以太网的交换技术 ..................................................................... ................................. 19 3.4 流控机制 ..................................................................... ................................................... 22 3.5 自动协商技术 ..................................................................... .......................................... 23 第四章常用设计中的接口的介绍 . (26)4.1 MII接口 ..................................................................... .................................................... 26 4.2 RMII接口 ..................................................................... ................................................. 29 4.3 SMII和SSSMII 接口 ..................................................................... ............................ 32 4.4 GMII接口和TBI接口 ..................................................................... ......................... 34 第六章芯片的内部的功能模块 (40)6.1 PHY的功能 ..................................................................... ............................................. 40 6.2 MAC的功能 ..................................................................... ............................................ 44 6.3 SMI管理接口 ..................................................................... .......................................... 45 图表:图表 1 以太网和IEEE 802.3与OSI参照模型 (7)图表 2 IEEE802.3与OSI参照模型的对比 (7)图表 3 总线型拓扑结构 .............................................................................................. 8 图表 4 星型拓扑结构 ..................................................................... ............................. 8 图表 5 8139内部结构框图 ..................................................................... ................. 11 图表 6 8139网卡设计概图 ..................................................................... .. (11)3图表 7 5-4-3法则 ..................................................................... ................................. 13 图表 8 交换机和集线器的区别 ..................................................................... ......... 14 图表 9 数据包发送流程图 ..................................................................... .................. 16 图表 10 以太网帧结构图 ..................................................................... ........................... 17 图表 11 MAC地址格式 ..................................................................... ............................ 18 图表 12 VLAN的帧格式 ..................................................................... ......................... 19 图表 13 帧的交换过程...................................................................... .......................... 20 图表 14 PAUSE帧格式 ................................................................................................. 22 图表 15 FLP快速脉冲群的格式...................................................................... ......... 23 图表 16 FLP和NLP的比较 ..................................................................... ................... 23 图表 17 FLP的信息编码 ..................................................................... ....................... 24 图表 18 MII接口定义 ..................................................................... ............................ 26 图表 19 正常接收时序图 ..................................................................... ...................... 29 图表 20 正常发送时序图 ..................................................................... ...................... 29 图表 21 RMII接口定义 ..................................................................... ......................... 30 图表 22 RMII正常发送数据时序图 ..................................................................... ... 31 图表 23 RMII正常接收数据时序图 ..................................................................... (32).................................................................... ...................... 32 图表 24 SMII接口示意图图表 25 RXD上帧的编码 ..................................................................... ....................... 33 图表 26 TXD上帧的编码 ..................................................................... .. (33).................................................................... ................. 33 图表 27 SMII的接收时序图图表 28 SMII的发送时序图 ..................................................................... ................ 33 图表 29 SSSMII接口示意图 ..................................................................... ................ 34 图表 30 SSSMII接收时序图 ..................................................................... ................ 34 图表 31 SSSMII发送时序图 ..................................................................... ................ 34 图表 32 GMII接口定义 ..................................................................... ......................... 35 图表 33 允许的TX_EN、TXD、TX_ER编码 (36)图表 34 GMII与MII接口的简单比较 ...................................................................36 图表 35 基本帧的发送...................................................................... .......................... 37 图表 36 基本帧的接收...................................................................... .......................... 37 图表 37 TBI接口示意图 ............................................................................................ 38 图表 38 AC104内部功能框图 ..................................................................... .............. 40 图表 39 4B/5B编码 ..................................................................... ................................ 41 图表 40 NRZ码和NRZI码的比较 ..................................................................... ....... 42 图表 41 多种码型比较图 ..................................................................... ...................... 42 图表 42 AL101原理框图 ..................................................................... ....................... 44 图表 43 SMI管理接口的帧格式...................................................................... (46)4第一章以太网技术的简单介绍1.1 以太网的起源60年代末，夏威夷大学的Norman Abramson及其同事研制了一个名为 ALOHA系统的无线电网络，该网络的设计思想为使用共享的公共传输信道进行数据传输，这一技术就是以太网的核心思想。
以太网技术和组网规范
以太网模块和功能 以太网层次结构
以太网层次结构主要对应于OSI层次结构中的数据链路层和物理层。其层次结构如图2-5所示。
图2-5 以太网层次结构
数据链路层的功能有： 提供一个或多个SAP； 发送时将数据组装成带MAC地址和差错检测的帧，进行同步、定界及透明传输； 接收时拆卸帧，执行MAC地址识别（寻址）和差错检测； 管理链路上的通信，进行流量控制，差错控制。 局域网的数据链路层与传统的OSI中数据链路层也有区别： 局域网链路支持多重访问，支持成组地址和广播； 支持MAC介质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点SAP、多路复用、流量控制、差错控制。 MAC子层功能： 成帧/拆帧； 实现、维护MAC协议； 位差错检测，寻址等。
传输媒体（也称网络介质）：100BASE-T 标准允许包括四个不同的物理层规范，第一个物理层规范支持2对5类UTP或1类STP，第二个物理层规范支持4对3/4/5类UTP，第三个物理层规范支持单模或多模光缆，第四个物理层规范支持2对3/4/5类UTP。100BASE-T根据使用物理层传输媒体的不同类型，分为100BaseTX、100BaseT4、100BaseFX和100BaseT2四种。
按照数据链路层控制来分，有以太网卡、令牌环网卡、ATM网卡等，它们在数据链路控制、寻址、帧结构等方面不同。
以太网采用CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)控制技术。在OSI七层协议中主要定义了物理层和数据链路层的工作方式。二者之间有标准的接口(例如MII，GMII等)来传递数据和控制。
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向高层提供SAP（服务访问点）； 建立/释放逻辑连接； 差错控制； 帧序号处理； 提供某些网络层功能等。
LLC子层功能：
以太网规范
以太网规范以太网（Ethernet）是一种广泛应用于计算机网络的局域网技术。
它是由Xerox、Digital和Intel在20世纪70年代合作开发的，并在20世纪80年代被标准化为IEEE 802.3。
以太网规范包括了物理层和数据链路层两个部分，它定义了网络的传输介质、数据传输的方式以及网络设备之间的通信规则。
在物理层方面，以太网规范定义了几种不同的传输介质，如双绞线、同轴电缆和光纤等。
其中，最常见和广泛使用的是双绞线。
以太网使用双绞线作为传输介质的优点是成本低廉、易于安装和维护，并且具有较高的传输速度和较低的信号损耗。
在数据链路层方面，以太网规范定义了帧的格式、地址的分配、数据的传输方式等。
以太网帧的格式由目的MAC地址、源MAC地址、类型字段和数据字段组成。
其中，MAC地址是用于唯一标识网络设备的物理地址。
以太网规范还定义了一种称为CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）的介质访问控制方式，用于避免多个设备同时访问网络介质而产生冲突。
以太网规范还规定了不同速率的以太网，包括10 Mbps的Ethernet、100 Mbps的Fast Ethernet和1000 Mbps的Gigabit Ethernet。
这些不同速率的以太网可以互操作，即可以在同一网络中同时使用。
不同速率的以太网主要通过改变传输介质的速率、电平和编码方式来实现。
以太网规范还定义了一些其他的技术，如虚拟局域网（VLAN）和链路聚合（Link Aggregation）。
虚拟局域网允许将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，提供更好的网络管理和安全性。
链路聚合允许将多个以太网链路绑定在一起，形成一个更高带宽的链路，提供更好的网络性能和冗余备份。
总体而言，以太网规范为计算机网络提供了一个灵活、可靠和高性能的局域网技术。
它的发展和标准化为互联网的发展做出了重要贡献，并且在现代网络中仍然得到广泛应用。
第4章 以太网组网技术要点
批准时间 1983 1988 1990 1995 1995 1998
速率 10Mbps 10Mbps 10Mbps 100Mbps 100Mbps 1000Mbps
1998 2002 2002
1000Mbps 10Gbps 40/100Gbps
4.2 以太网的网络组件
4.2.1 集线器和交换机
2. 交换机 交换机（Switch）又称为多端口网桥，是一个工作在数据链路层的网 络通信设备，用于构建星型拓扑结构的以太网。
交换机能识别数据帧，并能根据收到的帧中的MAC地址决定数据帧应 发向交换机的哪个端口，不会干扰其他主机通信，因此各个端口独享带 宽。
在OSI模型标准化之前，IEEE已开发了这些标准，但IEEE 802标准仍 被作为OSI模型的物理层和数据链路层的具体规范。
4.1 以太网的相关标准
4.1.1 IEEE 802 标准
标准
IEEE 802.1a/b IEEE 802.2 IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.6 IEEE 802.7 IEEE 802.8 IEEE 802.9 IEEE 802.10 IEEE 802.11 IEEE 802.12 IEEE 802.13 IEEE 802.14 IEEE 802.15
教学要求:
知识要点 以太网标准 网络组件 组网结构 组建以太网
能力要求 了解以太网的主要标准 掌握交换机、集线器、网卡，制作UTP 理解局域网的两种组网结构 掌握组建小型以太网的基本过程
相关知识 IEEE 802.3标准 EIA/TIA线序标准 单一结构、级联结构 组网、测试
第三章：以太网的组网技术
学习内容： 以太网组网类型和传输速度 组网所需的器件、设备和传输介 质 单一集线器的组网配置规则 多集线器的级联
3.1以太网的相关标准
标准 10BASE5 10BASE2 10BASE－T 主要使用的传 输介质 速率（M/S） 物理拓扑 总线 总线 星形 星形 星形 50W粗同轴电缆 10 50W细同轴电缆 10 3、4、5或超5 类UTP 10
多集线器组建以太网的配置规则
10M以太网：
100M以太网：
每段UTP电缆长度为100m。每段UTP电缆长度为100m。 任意两个节点之间最多有 任意两个节点之间最多可
以经过2个集线器。 5个网段，经过4个集线器。 集线器之间的电缆长度不 整个网络的最大覆盖范围 能超过5m。 为500m。 整个网络的最大覆盖范围 网络中不能出现环路（闭 为205m。 合环）。 网络中不能出现环路（闭 合环）。
集线器的功能和特性：
作为以太网的集中连接点。 放大收到的信号。 通过网络广播信号。 无过滤功能 无路径检测或交换功能 不同速率的集线器不能级联。
集线器的图示及其介绍
工作机理： 当数据传入一个端口后，集线器不经 过路径检测和过滤处理，直接将信息广播 到所有的端口。
3.2.2 10/100M网络接口卡
3.2.3 10/100M 以太网中的非屏蔽双绞线
相对于屏蔽双绞线，UTP价格便宜并 且易于安装，是最常用到的网络电缆。
作为10BASE－T和100BASE－TX标 准网络的传输介质，仅利用其中两对 线进行传输。就是1、2作为自己的发 送线，3、6作为自己的接收线。
直通的UTP电缆
由于集线器内部发线和收线进行了交叉，因此计 算机连入集线器需要使用直通UTP电缆，水晶头 中线的接法：
第4章实用组网技术教程与实训PPT课件
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4.2 十兆以太网组网技术
问题：10Mb/s以太网有哪些类型？各自 的特性及结构是怎样的？
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4.2.1 10Mห้องสมุดไป่ตู้/s以太网类型
1. 以太网10Base-5
以太网10Base-5是以粗缆为传输介质，通常被称为“粗以太网 (thick Ethernet)”。802.3标准建议其电缆为黄色，每隔2.5m一个 标志，标明分接头插入处，连接处通常采用插入式分接头，将其 触针小心地插入到同轴电缆的内芯。
以太网采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站 都可以在任何时间访问网络。
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4.1.3 以太网的发展
初期的以太网是用同轴电缆做成的总线型拓扑结构的网络，数据通信速 率为10Mb/s。
20世纪80年代后期，由IEEE发展和制订了一种称为10Base-T的新型以 太网标准，借助普通电话接线使用的UTP 电缆布线，并且使用集线器提 供连接节点设备的端口，把原来的以太网在物理上是总线型的拓扑结构， 改变成星型的拓扑结构，但是在逻辑上仍是总线型的。
BNC连接器头：用于连接细同轴电缆与T型接头。 BNC圆形连接器：用于连接两段细同轴电缆。 BNC终结器：各网段两端都必须接一个50Ω的BNC终 结器，用于抗干扰，其中一端要接地。
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4.2.3 以太网10Base-2组网技术
2. 10Base-2的主要性能指标
如果不使用中继器，最大细缆长度不能超过185m。
应用程序的复杂化，如群件(groupware)、大型文件传送、因特网向导， 这些应用都造成在LAN上产生过大的数据通信量。
在以太网技术演变过程中，很重要的进展是在20世纪90年代初引入的以 太网交换技术和快速以太网(100Base-T)技术。
第3章 以太网组网技术基础PPT课件
上海交通大学计算机系
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工程篇： • 网络规划与设计 • 网络工程实施 • 网络设备与系统选型 • 网络综合布线系统
教材：《全新计算机网络工程教程》
郭诠水 主编 王宝智 编著 北京希望电子出版社
补充内容：无线通信网
23.11.2020
上海交通大学计算机系
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本课程特点
• 要求学生在己具有计算机网络基本知识的 基础上学习本课程。
Shanghai Jiaotong University
计算机组网原理
马范援
上海交通大学计算机科学与工程系
23.11.2020
上海交通大学计算机系
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讲授内容
原理篇： • 基于以太网的企业内组网技术 • 基于广域网的组网技术
教材： 《当代组网技术》
张公忠 陈锦章编著 清华大学出版社
23.11.2020
23.11.2020
上海交通大学计算机系
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3.2 碰撞槽时间（slot time）
发生碰撞时间的 上限，即发送站 发出帧后能检测 到碰撞的最长时 间
t0 t0+0.5-ε
帧在媒体上往返传输时间=1 帧在媒体上单向传播时延=0.5
fA
A
B
(a) A开始传输
fA fB
A
B
(b) B开始传输
碰撞产生
t0+0.5
传输速率越高，跨距越小。在后面介绍100M 和1000M以太网时会明显看到这一点。
5) 是以太网一些算法的时间基准值，如二进制后 退算法。
23.11.2020
上海交通大学计算机系
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必须注意：信号在物理信道上的传播速度v 与报文的传输速率R是两个完全不同的概念。
6-第六章 以太网组网
设备分以下几种情况讨论： 设备分以下几种情况讨论： 1. 10M Hub 2. 100M Hub 3. 交换机
方案三
50m
1m
1m
10m
50m 70m
Repeater 10m
50m
方案三修正
Switch 50m
50m 70m
Repeater
50m
6.5 实训项目
1、网线制作与测试 2、PC互联 3、集线器网络互联
1、网线制作与测试
一、工具和材料的认识 二、网线制作标准 三、网线的制作 四、测试
一、工具和材料的认识
网线 Rj45水晶头 网线钳 网线测试仪
一、工具和材料的认识
超五类网线
RJ45水晶头
网线钳
网 线 测 试 仪
二、网线制作标准
T568A的线序为：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕 T568B的线序为：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 的线序为：橙白， 的线序为 绿白， 蓝白， 棕白，
交叉UTP电缆的使用环境（ 交叉UTP电缆的使用环境（1） 电缆的使用环境
1. 计算机与计算机间的连接
Pin No.
1 2 3 6
NIC
Tx + Tx Rx + Rx -
NIC
Tx + Tx Rx + Rx -
Pin No.
1 2 3 6
交叉UTP电缆的使用环境（ 交叉UTP电缆的使用环境（2） 电缆的使用环境
(1)剪断 (2)剥皮 (3)排序，按照T568B标准线序排列 (4)剪齐 (5)插入 (
第三步、排序
按照T568B的顺序排列好。 线序： 橙白， 绿白， 蓝白， 棕白， 橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 技巧： 1、先把橙色 橙色线的放左边 棕色 左边，棕色 右边，绿色 橙色 左边 棕色的放右边 绿色 右边 和蓝色 蓝色放中间。 蓝色 2、让后把每根线拆开 理顺 捋直 拆开,理顺 捋直,然后按照规定的 拆开 理顺,捋直 线序排列整齐。尤其要注意绿色线分开。
第3章 以太网组网技术
5. 交换机的适用
由于交换机拥有较高的端口速率（通常为100Mbit/s或 1000Mbit/s），独享网络宽带，以全双工传输方式传输。因此， 适用于构建网络中心和网络骨干，并可作为用户端接入设备，实 现交换到桌面，用于多媒体数据的传输。 对于作为中心集线设备和骨干集线设备的交换机而言，应当 支持网络管理，支持VLAN划分，用于隔离广播域，提高传输效 率，还应当支持端口聚集和生成树，用于构建冗余连接，提高网 络设备之间的连接速率，并实现负载均衡。 对于连接到桌面的交换机而言，是否可网络管理就变得不那 么重要了，完全可以采用傻瓜交换机，用于节约设备购置费用。
1.集线器的分类
集线器自诞生以来，已经发展完善了近三十个 年头，技术已经非常成熟，品种也丰富多样。按照 不同的标准，可以对集线器作不同的分类。
图1.5 D-Link DSH-16机架式集线器
图1.6 D-Link DSH-8桌面集线器
图1.7 TP-Link TL-HD24ES 10/100Mbit/s双速集线器
1. 服务器的特点
服务器其实也是一种计算机，只不过是为其他计算 机服务的特殊的计算机。不过，也不能把服务器单纯 地理解为计算机，因为服务器具有许多不同于普通计 算机的特性。如图1.18所示为IBM服务器。
图1.18 IBM服务器
2. 服务器的重要作用
服务器在网络中具有非常重要的地位，这种地位 是与其所提供的各种服务的重要程度密不可分的。总 的来讲，服务器主要用于提供身仹验证、数据存储和 网络服务。
图1.2 PCI接口的TP-Link TF-3239网卡
图1.4 D-Link DFE-690TXD PC卡
图1.6 D-Link DFE-570TX服务器网卡
2.网卡的选择
以太网组网技术
以太网组网技术学习本章应掌握：1. 以太网的组网类型和传输速度2. 组网所需的器件、设备和传输介质3. 单一集线器组网配置规则4. 多集线器组网配置规则§1.1 以太网的相关标准1.以太网的传输介质：同轴电缆、双绞线、光缆等。
2.以太网的网络速度：10Mb/s、100Mb/s及1000Mb/s。
3.以太网的介质访问控制方法：CSMA/CD。
4.以太网采用的主要技术包括10BASE5、10BASE2、10BASE-T、100BASE-TX和100BASE-FX，其主要技术参数见表3.1。
10BASE-T标准规定，组装10BASE-T的每条非屏蔽双绞线的长度不能超过100m。
100BASE-TX标准规定，组装100BASE-TX网络中使用的5类或超5类非屏蔽双绞线的最大长度为100m。
§1.2 组网所需的器件和设备100BASE-T和100BASE-TX组网所需要的器件和设备：带有RJ-45连接头的UTP电缆、带有RJ-45接口的以太网卡、10M/100M集线器、网桥等。
1.2.1 10M/100M以太网集线器集线器，如图3.1所示，处于星型物理拓扑结构的中心，是以太网中最重要、最关键的设备之一。
只有通过集线器，网络中节点之间的通信才能完成。
集线器通常具有如下功能和特性:1.作为以太网的集中连接点。
2.放大接收到的信号。
3.通过网络传播信号。
4.无过滤功能。
5.无路径检测或交换功能。
6.不同速率的集线器不能级联。
集线器通常采用RJ-45标准接口，图3.1显示了一个具有多个RJ-45端口的以太网集线器（一般集线器可以拥有2-24个端口）。
计算机或其他终端设备可以通UTP电缆与集线器RJ-45端口相连，成为网络的一部分。
集线器功能：对信号放大。
集线器的主要问题：不能过滤通过的数据流和无路径检测功能。
所谓“过滤”，就是对接收信息进行分析，决定是否将具有一定特征（如具有某一特定源地址或目的地址）的信息转发出去。
计算机网络技术基础：组建局域网_2以太网组网技术
计算机网络技术基础：组建局域网_2以太网组网技术随着互联网和计算机技术的不断发展，局域网已经成为了企业和家庭中不可或缺的基础设施。
而以太网则是当前应用最广泛、最成熟的局域网通信技术之一。
在本文中，我们将介绍以太网的构成、组成局域网的方法及其工作原理。
1. 以太网的构成以太网分为物理层和数据链路层两个部分。
物理层负责物理媒介（如双绞线、光纤等）与以太网的互联，在通信传输中，依据自身的物理规律进行信号的传输和接收。
而数据链路层则用以解决将数据包发送到目标MAC地址的问题。
在物理层中，以太网使用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）技术，即首先监听信道是否被占据，若空闲，则发送数据；若检测到信道被占用，则等待一段随机时延后重试。
若在发送过程中检测到冲突，则发送字节的补码作为“占用”信号，之后进行退避并重传。
数据链路层则通过将MAC地址和数据包封装在帧中的方式，解决数据包传输的问题。
以太网的帧结构包括前导码、帧头、数据和帧尾。
2. 组建局域网通过实现物理层和数据链路层协议，以太网可以用来构建局域网。
以下是组建局域网的方法：2.1 多点连接多点连接是局域网的最基本形式，它将所有的设备连接在一个正交的网格中，使所有设备都能互相通信。
使用多点连接的局域网一般称为总线型拓扑结构。
总线型拓扑结构的特点是简单易用，但是由于所有设备共享同一根导线，因此该结构存在诸多安全隐患。
2.2 星型连接星型连接是将每台设备都连接到中心设备上的拓扑结构。
中心设备一般为交换机或集线器，其作用是管理设备之间的通信。
与多点连接相比，星型连接有更高的安全性和可靠性，但是需要较多的集线器或交换机，对计算机的性能也有一定的要求。
2.3 环型连接环型连接是指将多台设备连接成环装结构。
对于环形连结构，如光纤环等，在理论上数据传输速度是最高的，并且每台设备都有明确的通信对象。
不过，环型连接需要较高的设备性能和更高的维护成本，且对于一个设备的故障会影响整个局域网。
以太网相关技术标准规范与标准组织简介_二_
Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 协议应用范围扩展到可将以太网 Ｍ Ａ Ｃ 帧信号映 （Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｆｒａｍｅ ｏｖｅｒ ＷＡＮ ）一种非常有吸引力的
射进入 ＬＡＰＳ 协议信号帧中。这里已保证以太网帧信号 方法。对于被连接的一个或多个交换机它是全透明的。
映射进入 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 帧中和 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 信号帧映射进入 Ｓ Ｄ Ｈ 信 ＬＡＰＳ 协议、以太网帧信号和 ＳＤＨ 物理层之间的关系如
电信工程技术与标准化
标 准 与 规 范
以太网相关技术标准规范与标准组织简介（二）
王 １ 王廷尧 ２
（天津光电通信产业集团 天津 ３００２１１）
摘 要 文中首先介绍电气与电子工程师学会（ＩＥＥＥ）组织概况，然后概括说明了 ＩＥＥＥ 关于局域网 ／ 城域网 ＩＥＥＥ ８０２．２ 标准系列、以太网集成电路标准图标，特别着重讨论了关于以太网的 ＩＥＥＥ ８０２．３系列 标准、在 ＳＤＨ／ＷＤＭ 网络上传输以太网帧信号的相关规范和 １０ 吉比特以太网技术标准。最后指出， １０吉比特以太网技术标准的开发和广泛应用将在通信领域展现出更加辉煌的明天。 关键词 ＩＥＥＥ ＩＥＥＥ ８０２．３系列标准 以太网标准 １０吉比特以太网
１４９７６０
ＶＣ－４－４ｃ
６０１３０４
５９９０４０
ＶＣ－４－１６ｃ
２４０５３７６
２３９６１６０
ＶＣ－４－６４ｃ
９６２１５０４
９５８４６４０
Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 的服务设施和协议规范包括在 Ｉ Ｔ Ｕ － Ｔ 建议 Ｘ．８５／Ｙ．１３２１ 的附录 Ａ 中。
注意：在 ＩＴＵ－Ｔ 建议 Ｘ．８５／Ｙ．１３２１ 的附录 Ａ 中， 需要用“Ｍ Ａ Ｃ Ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ”、“Ｍ Ａ Ｃ Ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ”和“Ｌ Ａ Ｐ Ｓ ” 分别代替“Ｌａｙｅｒ３ 或 Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌａｙｅｒ 或基于ＩＰ 的网络 （ＩＰ ｂａｓｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ）”、“ＩＰ Ｐａｃｋｅｔ”、“Ｌａｙｅｒ２”或 “Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｌａｙｅｒ”。 ６．６ 封装
组网与网络管理技术：以太网基本配置和分析
2.4.5 干兆以太网
802.3z光纤和屏蔽跨接电缆集合(“短距离 铜线”)的千兆以太网解决方案。
802.3ab基于4对5类缆线的“长距铜线” 解决方案，最大长度100m的千兆以太网连接， 定义了四种物理层信令系统：1000BaseSX(短波长光纤)、1000Base-LX(长波长光纤)、 1000Base-CX(短距离铜线)和1000BaseT(100m4对5类UTP)。
2.4.3 交换式802.3局域网 交换式局域网的心脏是一个交换机，在其 高速背板上插有4～32个插板，每个板上有1～ 8个连接器。当一个站点想发送一802.3帧时， 它就向交换机输出一标准帧。插板检查该帧的 目的地是否为连接在同一块插板上的另一站点。 如果是，就复制该帧；如果不是，该帧就通过 高速背板被送向连有目的站点的插板。 如果一块插板上连接的两个站点同时发送 一帧，会如何解决?这取决于插板的构造方式。 一种方式都是插板上的所有端口连在一起 形成一个插板上局域网。采用这种插板，任一 时刻每块板上只可能有一个帧发送，但所有插 板的发送可以并行进行。每个插板与其他插板 独立，属于自己的冲突域(collision domain)。
答案：(P70) 光纤
5 单选：我国目前应用广泛的LAN标准是基 于( )的以太网标准。
A.IEEE802.1 B.IEEE802.2 C.IEEE802.3 D.IEEE802.5
答案：(P69) C
6 单选：电缆使用同轴电缆，最大传输距离 500m所对应的电缆连接方式是（ ）。
A.10Base-5 B.10Base-2 C.10Base-T D.10Base-F
第二种电缆是10Base2，或称为“细以太网(thin ethernet)”电缆。采用工业标准的BNC连接器组成T 型插座。“细以太网”电缆价格低廉，安装方便，但 是使用范围只有200m，并且每个电缆段内只能使用 30台机器。
计算机网络技术基础：组建局域网_2以太网组网技术
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1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司开发
1980年提出世界上第一个局域网的技术标准
IEEE参照制定802.3局域网国际标准
通常将按IEEE 802.3 规范生产的以太网产品简称为以太网。
二、成熟应用的以太网 物理层标准 • 10BASE2 最大距离， 运行速率
假定D返回数据给 1 C
A B C 集线器 D
交换机的数据交换过程举例
交换机
3 集线器 F 集线器 I G H 地址 接口 A B E G C D 1 1 2 3 1 2 2
交换机收到来自D的帧 D 不在表中，表添加记录 D: 接口2 表中记录 C在表中，交换机只将帧转发给接口1 C收到该帧
以太网数据帧的前导字符
前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数 据帧的准备。前7个字符均为10101010，称为前同步 码，后一个字节10101011，为帧起始标识符。 说明：
不同以太网的数据帧中各个字段的定义是不同的， 而且彼此互不兼容，即它们的MAC帧结构是不同的， 但是上层的LLC帧结构是相同的。
• 在基于双绞线的以太网上，可以存在许多种 不同的运做模式，在速度上有10M，100M不 等，在双工模式上有全双工和半双工等，为 了减轻对网络设备进行配置和维护的工作量， 人们提出了自动协商技术。自动协商只运行 在基于双绞线的以太网上，是一种物理层的 概念。 • 如果链路两端的设备有一端不支持自动协商， 则支持自动协商的设备选择一种默认的工作 方式，比如10M半双工模式运行。这可能会
标准以太 网的特性 拓扑结构主 要是总线型 和星型
传输介质为同轴电 缆、双绞线和光纤
是一种共享型网络
第5章 以太网组网技术
5.2 传统以太网组网技术
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5.2.1 10BASE-5以太网
1．组建10BASE-5的基本网络设备
2．10BASE-5的主要性能指标
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如果不使用中继器，最大粗缆长度不能超过500米。 工作站与收发器之间的最大距离为50米。 两个相邻收发器之间的最小距离为2.5米，收发器 电缆的最大长度为50米。 如果使用中继器，一个10BASE-5网中最多只允许 使用4个中继器，连接起来五个网段。工作站只允 许安装在其中的三个网段上，其余的用于扩充距 离。 通过中继器连接后的粗缆网段最大长度不能超过 2500米。 一个网段上最多允许100台工作站，中继器被看作三类非屏蔽双绞线UTP， 其中有3对线用于数据传输，1对线用于冲突检测。 因为它没有单独专用的发送和接收线，所以不可 能进行全双工操作。
3．100BASE-T2
100BASE-T2支持2对3类非屏蔽双绞线UTP。其 中1对线用于发送数据，另1对用于接收数据，因 而可以进行全双工操作。 4．100BASE-FX 100BASE-FX支持2芯的多模(62.5μm或125μm) 或单模光纤。100BASE-FX主要是用作高速主干 网，从节点到集线器的距离可以达到412米。 由于目前所建设的布线系统中，一般传输网络 信息都选用超5类双绞线或光纤， 所以在一般的 局域网中100BASE-TX与100BASE-FX使用得最普 及。
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以太网的发展
5.1.1 以太网的技术标准 以太网是目前使用最为广泛的局域网，从70年 代末就有了正式的网络产品。在整个80年代中以 太网与PC机同步发展，其传输速率自80年代初的 10Mbps 发展到90年代达到100Mbps，而且目前已 经出现了10Gbps的以太网产品。以太网支持的传 输介质从最初的同轴电缆发展到双绞线和光缆。 星型拓扑的出现使以太网技术上了一个新台阶， 获得了更迅速的发展。从共享式以太网发展到交 换式以太网，并出现了全双工以太网技术，致使 整个以太网系统的带宽成十倍、百倍地增长，并 保持足够的系统覆盖范围。
以太网技术规范
标准以太网
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以太网技术规范
李良庭 1999 年 12 月整理
以太网
开始以太网只有 10Mbps 的吞吐量，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问 （CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的访问控制方法。这种 早期的 10Mbps 以太网称之为标准以太网，以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非 屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接。并且在 IEEE 802.3 标准中，为 不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是 “Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是 100m），Base 表示“基带”的意 思，Broad 代表“宽带”。
为了能够侦测到 64Bytes 资料框的碰撞，千兆以太网（Gigabit Ethernet）所支持的距 离更短。Gigabit Ethernet 支持的网络类型，如下表所示：
传输介质 距离
1000Base－CX Copper STP 25m
1000Base－T Copper Cat 5 UTP 100m
· 100BASE－T4：是一种可使用 3、4、5 类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网 技术。100Base-T4 使用 4 对双绞线，其中的三对用于在 33MHz 的频率上传输数据，每一 对均工作于半双工模式。第四对用于 CSMA/CD 冲突检测。在传输中使用 8B/6T 编码方式， 信号频率为 25MHz，符合 EIA586 结构化布线标准。它使用与 10BASE－T 相同的 RJ－45 连接器，最大网段长度为 100 米。
1000Base－SX Multi-mode Fiber 500m
以太网业务及组网应用
以太网业务及组网应用1. 介绍以太网是一种常见的局域网技术，广泛应用于各个领域。
它是一种基于IEEE 802.3标准的局域网协议，主要用于计算机网络之间的数据传输。
在现代网络中，以太网已经成为一种非常重要的网络技术。
2. 以太网业务以太网可以支持多种不同的业务，并且可以根据用户的需求进行灵活的配置。
以下是一些常见的以太网业务：2.1 数据传输以太网最常见的用途是进行数据传输。
通过以太网，可以传输各种类型的数据，包括文本、图像、音频和视频等。
以太网提供了高带宽和低延迟的特性，使得数据传输变得高效且可靠。
2.2 远程访问以太网还可以用于远程访问。
通过以太网，可以远程连接到其他计算机或网络设备，进行远程管理、维护和监控等操作。
远程访问可以大大提高效率，减少了人工干预的需要。
2.3 云计算云计算是现代计算机领域的一个热门话题，而以太网是实现云计算的基础。
以太网提供了高带宽和可靠性，可以支持大规模的数据传输和处理，满足云计算对网络性能的要求。
3. 以太网组网应用以太网可以用于不同规模的网络组网，从小型办公室网络到大规模的企业网络都可以使用以太网技术。
以下是一些常见的以太网组网应用：3.1 以太网交换机以太网交换机是组网中非常重要的设备，用于连接不同的网络设备。
通过以太网交换机，可以将多个终端设备连接在一起，实现数据的传输和交换。
以太网交换机提供了高速的数据转发和端口的扩展，能够满足网络中的大量数据传输需求。
3.2 局域网（LAN）局域网是以太网最常见的组网形式之一。
通过以太网，可以将多个计算机和网络设备连接在一起，实现数据的共享和通信。
局域网通常用于小型办公室或家庭网络中，提供了高效的数据传输和共享资源的能力。
3.3 广域网（WAN）广域网是以太网组网的另一种应用形式。
通过以太网，可以连接不同地区或不同组织的局域网，实现远程数据传输和通信。
广域网通常用于大型企业或跨地区的网络中，提供了高速和可靠的数据传输能力。
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LLC子层功能： 向高层提供SAP（服务访问点）； 建立/释放逻辑连接； 差错控制； 帧序号处理； 提供某些网络层功能等。
LLC子层提供三种类型的操作： 不确认的无连接服务； 面向连接服务； 带确认的无连接服务。
IEEE 802.3以太网标准的总体结构如图2-1所示。
图2-1 IEEE 802.3以太网标准的总体结构 4
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IEEE 802.3以太网标准列表如表2-1所示。
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2.1.2 CSMA/CD机制
信号的广播（广播域） MAC地址与定址 冲突
图2-5 以太网层次结构 10
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数据链路层的功能有： 提供一个或多个SAP； 发送时将数据组装成带MAC地址和差错检测的帧，进行同步、定 界及透明传输； 接收时拆卸帧，执行MAC地址识别（寻址）和差错检测； 管理链路上的通信，进行流量控制，差错控制。
局域网的数据链路层与传统的OSI中数据链路层也有区别： 局域网链路支持多重访问，支持成组地址和广播； 支持MAC介质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点SAP、多路复用、流 量控制、差错控制。
图2-3 碰撞（冲突）
冲突域
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图2-2 信号广播
图2-4 冲突域
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CSMA/CD
– CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection） 称载波侦听多路访问/冲突检测。 在局域网中，一个站点在发送数据前，首先侦听网络上是否 存在载波（即检测是否有其他站点正在发送数据），这就叫 载波侦听协议（Carrier Sense Protocol）。CSMA/CD协议是 对ALOHA协议（一种基于地面无线广播通信而创建、适用于 无协调关系的多用户竞争单信道使用权的系统）的改进， CSMA/CD保证在侦听到信道忙时不再有新站点开始发送数据； 而且任一站点在检测到冲突时就立即取消传送，以太网采用 的是CSMA/CD协议。 以太网就是以CSMA/CD的方式来进行媒体访问控制，其目的 就是为了避免冲突。网中的各个站（节点）都能独立地决定
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2.2.3 网卡的工作过程
网卡的分类 按照数据链路层控制来分，有以太网卡、令牌环网卡、ATM网
卡等，它们在数据链路控制、寻址、帧结构等方面不同。 按照物理层来分，有无线网卡、RJ-45网卡、同轴电缆网卡、光
缆网卡等各种媒体（也称介质）。 以太网采用CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)控制技术。在 OSI七层协议中主要定义了物理层和数据链路层的工作方式。二者之间 有标准的接口(例如MII，GMII等)来传递数据和控制。 以太网网卡包括OSI模型中的物理层和数据链路层。物理层定义了数 据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码 和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口MII。数据链路层则提供 寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供 标准的数据接口等功能。
物理层的功能为： 信号的编码/译码。 前导码（同步码）的生成/删除。 信号对应的比特流的发送/接收。
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2.2.2 以太网功能模块
IEEE 802.3的体系结构与功能模块如图2-6所示。
图2-6 以太网体系结构与功能模块
总体功能 编码译码模块 收发器
FCS（帧校验序列）：占4字节，是32位冗余检验码（CRC）， 检验范围除前导码、SFD和FCS以外的所有帧的内容，即从DA开 始至DATA完毕的CRC检验结果都反映在FCS中。
Байду номын сангаас
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2.2 以太网模块和功能
2.2.1 以太网层次结构
以太网层次结构主要对应于OSI层次结构中的数据链路层和物理层。 其层次结构如图2-5所示。
数据帧的发送与接收。
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2.1.3 以太网的帧结构
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PA（前导码） ：在定界符之前发送，以使信号电路达到稳定的 同步状态。PA为持续7个字节的10101010比特信号。
SFD（帧定界符）：它表示有效帧的开始，其代码为10101011， 只有一个字节。
DA，SA（目的地址，源地址）：均为6字节，48位，DA可以 是一个唯一的地址，即单址——表示单个站，多址——代表一 组站，全地址——代表局域网上所有的站。当目的地址出现多 址时，即表示该帧被一组站同时接收，称“组播”。当目的地 址出现全地址时，即表示该帧被局域网上所有站同时接收，称 “广播”。SA说明的是发送该帧站的地址。
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对IEEE802.3帧结构来说，此2字节表示长度：指出紧跟其后的数 据字段有多少字节。它受最小帧长度的限制，即最少必须有46字 节，若不到，则用填充符进行填充到46字节。对以太网帧结构来 说，这两个字节表示类型：它说明了高层所使用的协议，例如IP 或IPX。
若该字段大于或等于0600H(相当于十进制的1536)，则认为是 以太网帧的类型字段，从而识别出网络层分组是哪一种协议， 并做相应处理；
若小于0600H，则认为是IEEE802．3帧的长度字段，辨别长 度是否正确，再进行处理。
DATA（数据区） ：要传送的实际数据，受最小帧长度的限制。 通常在46字节到1500字节之间。46字节最小帧长度是一个限制， 目的是要求局域网上所有的站都能检测到该帧，即保证网络正常 工作。如果高层协议的分组使数据段小于46个字节，则由有关软 件把DATA填充到46字节最小长度。
以太网技术和组网规范
精品
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第2章以太网技术和组网规范
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本章主要内容：
以太网基础 以太网模块和功能 各种类型的以太网
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2.1 以太网基础
2.1.1 IEEE 802.3以太网标准