2023學年完整公開課版2以太網(wǎng)

第5章：以太網(wǎng)以太網(wǎng)以太網(wǎng)協(xié)議地址解析協(xié)議LAN交換機23OSI物理層通過網(wǎng)絡介質傳輸構成數(shù)據(jù)鏈路層幀的位。以太網(wǎng)是目前世界上占主導地位的LAN技術。以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層運行。以太網(wǎng)協(xié)議標準定義網(wǎng)絡通信的許多方面，包括幀格式、幀大小、時序和編碼。當消息在以太網(wǎng)絡上的主機之間發(fā)送時，主機會將消息格式化為標準指定的幀結構。4

由于以太網(wǎng)由這些較下層的標準組成，因此可能是OSI模型中最容易理解的。OSI模型將數(shù)據(jù)鏈路層的編址、成幀和介質訪問功能與介質的物理層標準分隔開來。以太網(wǎng)標準定義第2層協(xié)議和第1層技術。雖然以太網(wǎng)規(guī)格支持不同的介質、帶寬以及第1層和第2層的其他變體，但所有以太網(wǎng)變體的基本幀格式和地址方案是相同的。

以太網(wǎng)已經從一種共享介質、有爭議的數(shù)據(jù)通信技術發(fā)展成為今天的高帶寬、全雙工技術。5以太網(wǎng)是當前使用最廣泛的LAN技術。以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層運行。以太網(wǎng)是IEEE802.2和802.3標準中定義的一系列網(wǎng)絡技術。以太網(wǎng)支持的數(shù)據(jù)帶寬為：10Mb/s100Mb/s1000Mb/s(1Gb/s)10,000Mb/s(10Gb/s)40,000Mb/s(40Gb/s)100,000Mb/s(100Gb/s)以太網(wǎng)封裝66

以太網(wǎng)標準同時定義第2層協(xié)議和第1層技術。對于第2層協(xié)議，正如所有802IEEE標準一樣，以太網(wǎng)依靠數(shù)據(jù)鏈路層的兩個單獨子層運行，即邏輯鏈路控制(LLC)和MAC子層。

以太網(wǎng)LLC子層處理上層與下層之間的通信。這通常是在網(wǎng)絡軟件和設備硬件之間進行的。LLC子層獲取網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)（通常是IPv4數(shù)據(jù)包）并加入控制信息，幫助將數(shù)據(jù)包傳送到目的節(jié)點。LLC用于與應用層的上層進行通信，并將數(shù)據(jù)包轉換到下層以便傳輸。LLC在軟件中實施，并且其實施不受硬件影響。在計算機中，可將LLC視為網(wǎng)卡的驅動程序軟件。網(wǎng)卡驅動程序是一個直接與網(wǎng)卡中硬件交互，以在MAC子層和物理介質之間傳遞數(shù)據(jù)的程序。以太網(wǎng)封裝77圖1顯示的是OSI模型的七層，其中最下面的兩層突出顯示。此圖顯示以太網(wǎng)跨越第1層和第2層。802.3涵蓋第1層和第2層的MAC子層。802.2是LLC子層，涵蓋第2層的上半部分。以太網(wǎng)封裝888LLC在軟件中實施，并且其實施不受硬件影響。在計算機中，可將LLC視為網(wǎng)卡的驅動程序軟件。網(wǎng)卡驅動程序是一個直接與網(wǎng)卡中硬件交互，以在MAC子層和物理介質之間傳遞數(shù)據(jù)的程序。MAC構成數(shù)據(jù)鏈路層的較低子層。MAC由硬件（通常是計算機網(wǎng)卡）實施。IEEE802.3標準指定了這些細節(jié)。以太網(wǎng)封裝999圖2顯示的是以太網(wǎng)的不同實施方法如何跨越層的不同表示。在此圖中，我們看到，以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)跨越第1層和第2層的下半部分。以太網(wǎng)封裝1010以太網(wǎng)MAC子層有兩項主要職責：數(shù)據(jù)封裝介質訪問控制數(shù)據(jù)封裝

數(shù)據(jù)封裝過程包括發(fā)送前的幀組裝和收到幀時的幀解析。在構建幀時，MAC層會向網(wǎng)絡層PDU添加幀頭和幀尾。MAC子層111111圖中顯示的是物理層及其如何連接到第2層的MAC子層。該圖還顯示了MAC子層如何分成信令標準及物理媒體標準。MAC子層121212數(shù)據(jù)封裝提供三項主要功能：幀定界-

成幀過程提供重要的定界符，用于標識組成幀的一組位。這些定界位會對發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點進行同步。編址-

封裝過程包含第3層PDU，還提供數(shù)據(jù)鏈路層編址。錯誤檢測-

每個幀中包含一個幀尾，用于檢測傳輸中的任何錯誤。幀的使用有助于比特的發(fā)送，因為會把它們組成比特組放在介質中和在接收節(jié)點接收。MAC子層13131313

MAC子層的第二項職責是介質訪問控制。介質訪問控制負責將幀放入介質中和從介質中移除幀。顧名思義，它控制對介質的訪問。該子層直接與物理層通信。

以太網(wǎng)的基礎邏輯拓撲是一個多路訪問總線；因此，各個網(wǎng)段的所有節(jié)點（設備）共享介質。以太網(wǎng)是一種網(wǎng)絡爭用方法。網(wǎng)絡爭用方法是指一旦有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，所有設備都可以嘗試通過共享介質傳輸數(shù)據(jù)。載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)過程用于在半雙工以太網(wǎng)LAN中檢測和解決沖突。當前的以太網(wǎng)LAN采用全雙工交換機，可使多臺設備同時發(fā)送和接受，并無任何沖突。MAC子層1414141414

以太網(wǎng)自從1973年創(chuàng)立以來，其標準經歷了多次發(fā)展，用于規(guī)范更快、更靈活的技術。以太網(wǎng)這種不斷改進的能力正是它如此受歡迎的主要原因之一。以太網(wǎng)的早期版本速度非常慢，只有10Mbps。時過境遷，最新版本的以太網(wǎng)運行速度已經超過每秒10千兆。

在數(shù)據(jù)鏈路層中，所有速率的以太網(wǎng)的幀結構都幾乎相同。EthernetII是TCP/IP網(wǎng)絡中使用的以太網(wǎng)幀格式。以太網(wǎng)演進15151515圖1是互動媒體。此互動媒體顯示了從1973年到2006年的以太網(wǎng)標準發(fā)展歷史的時間軸。當您逐漸向2006年移動滑塊時，可以看到越來越新的標準及其描述。時間軸上方的圖形表示帶寬，滑塊越接近2006年，圖形尺寸變得增大。以太網(wǎng)演進1616161616圖2顯示的是以太網(wǎng)II幀結構：8字節(jié)前導碼，6字節(jié)目的地址，6字節(jié)源地址，2字節(jié)類型字段，46至1500字節(jié)數(shù)據(jù)字段和4字節(jié)幀校驗序列。以太網(wǎng)演進171717171717

以太網(wǎng)幀大小的最小值為64個字節(jié)，最大值為1518個字節(jié)。這包括從“目的MAC地址”字段到“幀校驗序列(FCS)”字段的所有字節(jié)。在描述幀的大小時，不包含“前導碼”字段。

任何長度小于64個字節(jié)的幀都被接收站點視為“沖突碎片”或“殘幀”而自動丟棄。超過1500個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀被視為“巨幀”或“小型巨型幀