以太網(wǎng)：IEEE 802.3 局域網(wǎng)協(xié)議

國際金屬加工網(wǎng)

　　摘要：以太網(wǎng)協(xié)議是由一組 IEEE 802.3 標準定義的局域網(wǎng)協(xié)議集橘忱。在以太網(wǎng)標準中紫岩，有兩種操作模式：半雙工和全雙工实幕。半雙工模式中吝镣，數(shù)據(jù)是通過在共享介質(zhì)上采用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）協(xié)議實現(xiàn)傳輸?shù)摹Ｋ闹饕秉c在于有效性和距離限制，鏈路距離受最小 MAC 幀大小的限制末贾。該限制極大的降低了其高速傳輸?shù)挠行哉⒗！Ｒ虼耍肓溯d波擴展技術(shù)來確保千兆位以太網(wǎng)中 MAC 幀的最小長度為 512 字節(jié)拱撵，從而達到了合理的鏈路距離要求啥诈。

　　當前定義在光纖和雙絞線上的傳輸速率有四種：

　　1．10 Mbps － 10Base-T 以太網(wǎng)

　　2．100 Mbps －快速以太網(wǎng)

　　3．1000 Mbps －千兆位以太網(wǎng)（802.3z）

　　4．10 千兆位以太網(wǎng) － IEEE 802.3ae

　　本文我們主要討論以太網(wǎng)的總體概況。有關(guān)快速以太網(wǎng)卑绢、千兆位以太網(wǎng)以及 10 千兆位以太網(wǎng)的具體內(nèi)容將在其它文檔中另作介紹专稼。

　　以太網(wǎng)系統(tǒng)由三個基本單元組成：

　　1. 物理介質(zhì)，用于傳輸計算機之間的以太網(wǎng)信號蛮嘹；

　　2. 介質(zhì)訪問控制規(guī)則缰嘴，嵌入在每個以太網(wǎng)接口處，從而使得計算機可以公平的使用共享以太網(wǎng)信道诲要；

　　3. 以太幀行兼，由一組標準比特位構(gòu)成，用于傳輸數(shù)據(jù)粱目。

　　在所有 IEEE 802 協(xié)議中楣善，ISO 數(shù)據(jù)鏈路層被劃分為兩個 IEEE 802 子層，介質(zhì)訪問控制（MAC）子層和 MAC －客戶端子層郊察。IEEE 802.3 物理層對應于 ISO 物理層茧伍。

　　MAC 子層有兩個基本職能：

　　1．數(shù)據(jù)封裝栽逸，包括傳輸之前的幀組合和接收中酷窥、接收后的幀解析 / 差錯檢測。

　　2．介質(zhì)訪問控制伴网，包括幀傳輸初始化和傳輸失敗恢復蓬推。

　　介質(zhì)訪問控制（MAC）－客戶端子層可能是以下一種：

　　1．邏輯鏈路控制（LLC），提供終端協(xié)議棧的以太網(wǎng) MAC 和上層之間的接口澡腾，其中 LLC 由 IEEE 802.2 標準定義沸伏。

　　2．網(wǎng)橋?qū)嶓w，提供 LANs 之間的 LAN-to-LAN 接口动分，可以使用同種協(xié)議（如以太網(wǎng)到以太網(wǎng)）和不同的協(xié)議（如以太網(wǎng)到令牌環(huán)）之間毅糟。網(wǎng)橋?qū)嶓w由 IEEE 802.1 標準定義。

　　以太網(wǎng)上的每臺計算機都能獨立運行澜公，不存在中心控制器姆另。連接到以太網(wǎng)的所有工作站都接入共享信令系統(tǒng)，又稱為介質(zhì)坟乾。要發(fā)送數(shù)據(jù)時迹辐，工作站首先監(jiān)聽信道，如果信道空閑，即可以以太幀或數(shù)據(jù)包格式傳輸數(shù)據(jù)袍城。

　　每幀傳輸完畢之后叨斜，各工作站必須公平爭取下一幀的傳輸機會。對于共享信道的訪問取決于嵌入到每個工作站的以太網(wǎng)接口的介質(zhì)訪問控制機制篓翠。該機制建立在載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）基礎上转隘。

　　當以太幀發(fā)送到共享信道后，所有以太網(wǎng)接口查看它的目標地址酥徽。如果幀目標地址與接口地址相匹配碟舱，那么該幀就能被全部讀取并且被發(fā)送到那臺計算機的網(wǎng)絡軟件上。如果發(fā)現(xiàn)幀目標地址與它們本身的地址不匹配時打气，則停止幀讀取操作俗循。

　　信號如何通過組成以太網(wǎng)系統(tǒng)的各個介質(zhì)段有助于我們掌握系統(tǒng)拓樸結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)的信號拓樸是一種邏輯拓樸巡住，用來區(qū)別介質(zhì)電纜的實際物理布局诀汁。以太網(wǎng)的邏輯拓樸結(jié)構(gòu)提供了一條單一信道（或總線）用于傳送以太網(wǎng)信號到所有工作站。

　　多個以太網(wǎng)段可以鏈接在一起構(gòu)成一個較大的以太網(wǎng)趴贝，這通過一種能夠放大信號和重新計時的叫做中繼器的設備實現(xiàn)探悲。通過中繼器，多段以太網(wǎng)系統(tǒng)可以像“無根分支樹”（non-rooted branching tree）一樣擴展看锉∽硕В“無根”意味著系統(tǒng)在任意方向上都可以生成鏈接段，且沒有特定的根段伯铣。最重要的是呻此，各段的連接不能形成環(huán)路。系統(tǒng)的每個段必須具有兩個終端腔寡，這是由于以太網(wǎng)系統(tǒng)在環(huán)路路徑上不能正確運行焚鲜。

　　即使介質(zhì)段以星形模式物理連接，且許多段都接在中繼器上放前，但是它的邏輯拓樸結(jié)構(gòu)仍就是通過以太網(wǎng)單信道傳送信號至所有工作站忿磅。

　　協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　10/100 Mbps 以太網(wǎng)中的基本 IEEE 802.3 MAC 數(shù)據(jù)格式如下：

7	1	6	6	2	46-1500 bytes	4 bytes
Pre	SFD	DA	SA	Length Type	Data unit + pad	FCS

　　1．Preamble（Pre） ― 7字節(jié)。Pre 字段中1和0交互使用凭语，接收站通過該字段知道導入幀葱她，并且該字段提供了同步化接收物理層幀接收部分和導入比特流的方法。

　　2．Start-of-Frame Delimiter（SFD） ― 1字節(jié)似扔。字段中1和0交互使用吨些，結(jié)尾是兩個連續(xù)的1，表示下一位是利用目的地址的重復使用字節(jié)的重復使用位盼饼。

　　3．Destination Address（DA） ― 6字節(jié)新砖。DA 字段用于識別需要接收幀的站了灾。

　　4．Source Addresses（SA） ― 6字節(jié)。SA 字段用于識別發(fā)送幀的站冒衍。

　　5．Length/Type ― 2字節(jié)胖直。如果是采用可選格式組成幀結(jié)構(gòu)時，該字段既表示包含在幀數(shù)據(jù)字段中的 MAC 客戶機數(shù)據(jù)大小搭屿，也表示幀類型 ID腋民。

　　6．Data ― 是一組 n（46=< n =<1500）字節(jié)的任意值序列。幀總值最小為64字節(jié)探龟。

　　7．Frame Check Sequence（FCS） ― 4字節(jié)项起。該序列包括32位的循環(huán)冗余校驗（CRC）值，由發(fā)送 MAC 方生成否癣，通過接收 MAC 方進行計算得出以校驗被破壞的幀廊珊。

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