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2024-03-14 19:03:08

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.

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

目录一、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

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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。

GigabitEthernet和Ethernet接口的区别

cheems404的博客

11-11

1万+

设备里面的ethernet是100M接口，gigabitethernet是1000M接口。

ethernet不能配置IP，因为这个接口是二层口，所以不能设置IP。

一、端口速率区别

1、Ethernet0/0/1【以太网端口，10Mbit/s】

2、FastEthernet0/0/1【快速以太网端口，100Mbit/s】

3、GigabitEthernet0/0/1【千兆以太网端口，1000Mbit/s】

二、编码区别

1、Ethernet（传统以太网）采用曼彻特斯编码；

2、Fast Et

以太网完整协议（一）

入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析 - 知乎

入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析 - 知乎首发于智能制造之家切换模式写文章登录/注册入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析智能制造之家化学制品制造业从业人员写在前面前面我们系统得说了工业控制系统的通讯，大家肯定会想到PROFINET、ETHERNET/IP、ETHERCAT等工业以太网：技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制但是说到协议的分析，我们不得不提到安全问题，前面我们系统的介绍过关于工业控制系统的架构、安全等：工业控制系统安全入门与实践—从五层架构和安全标准说起工业控制系统安全入门与实践——工控安全入门分析也聊了西门子、施耐德、罗克韦尔等国际大厂的相关安全漏洞：基于S7协议对西门子PLC S7-1500的漏洞分析与复现（附演示视频）施耐德PLC漏洞历险记—一次与施耐德PLC的非正常接触罗克韦尔 MicroLogix PLC漏洞的复现及解决方案西门子、施耐德、罗克韦尔PLC程序设计漏洞探秘今天来解析下由罗克韦尔主导的ETHERNET/IP协议~作者 | 长扬科技（北京）有限公司汪义舟梁泽张国栋来源：关键基础设施安全应急响应中心一、Ethernet/IP协议 EtherNet/IP是一个现代化的标准协议。由控制网国际有限公司（ControlNet International）的一个技术工作组与ODVA（开放式DeviceNet供应商协会）在20世纪90年代合作设计。EtherNet/IP是基于通用工业协议（Common Industrial Protocol，CIP）的。CIP是一种由ODVA支持的开放工业协议，它被使用在诸如 DeviceNet 和 ControlNet 以及 EtherNet/IP 等串行通信协议中。美国的工控设备制造商Rockwell/Allen-Bradley已经围绕EtherNet/IP进行了标准化，其他厂商如Omron也在其设备上支持了EtherNet/IP。EtherNet/IP已经变得越来越受欢迎，特别是在美国。尽管EtherNet/IP比Modbus更现代化，但仍然存在协议层面的安全问题。EtherNet/IP通常通过TCP/UDP端口44818运行。此外，EtherNet/IP还有另一个端口 TCP/UDP端口2222。使用这个端口的原因是 EtherNet/IP实现了隐式和显示两种消息传递方式。显式消息被称为客户端/服务器消息，而隐式消息通常被称为I/O消息。EtherNet/IP是为了在以太网中使用CIP协议而进行的封装。EtherNet/IP的 CIP帧封装了命令、数据点和消息等信息。CIP帧包括CIP设备配置文件层、应用层、表示层和会话层四层。数据包的其余部分是EtherNet/IP帧，CIP帧通过它们在以太网上传输。EtherNet/IP分组结构如图CIP规范对数据包结构有很多的规定，这意味着每个使用 EtherNet/IP的设备必须实现符合规范的命令。下面是EtherNet/IP首部中封装的CIP帧字段：• 命令两字节整数，对应一个 CIP 命令。通用工业协议规范标准要求，设备必须能接收无法识别的命令字段，并处理这种异常。• 长度两字节整数，代表数据包中数据部分的长度。对于没有数据部分的请求报文，该字段为0。• 会话句柄会话句柄（session handle）由目标设备生成，并返回给会话的发起者。该句柄将用于后续与目标设备的通信。• 状态码Status字段存储了目标设备执行命令返回的状态码。状态码“0”代表命令执行成功。所有的请求报文中，状态码被置为“0”。其它的状态码还包括：0x0001 无效或不受支持的命令0x0002 目标设备资源不足，无法处理命令0x0003 数据格式不正确或数据不正确0x0065 接收到无效的数据长度• 发送方上下文命令的发送者生成这六字节值，接收方将原封不动的返回该值。• 选项该值必须始终为0，如果不为零，数据包将被丢弃。• 命令相关数据该字段根据接收/发送的命令进行修改。如果请求发送方是工程师站，大多数会话中执行的第一条命令是“ListIdentity”命令。如下所示的数据包，命令字段是0x63，代表“List Identity”命令，上下文是“0x00006a0ebe64”。这个命令与Modbus功能码43非常相似，可以查询设备信息，如供应商、产品、序列号、产品代码、设备类型和版本号等。使用在Github项目pyenip中找到的Python 脚本ethernetip.py，你可以查询Ethernrt/IP 设备的信息。默认情况下，这个脚本不会解析一些响应，你需要取消脚本底部的 testENIP() 函数的注释后，它才会发送和接收“List Identity”命令。在执行脚本的同时，你可以使用Wireshark查看请求和响应的数据包。二、EtherNet/IP协议身份鉴别请求攻击 Digital Bond 在项目 Redpoint 中实现了一个脚本，可以用来从远程设备中获取信息。Redpoint 脚本使用了 “List Identity”命令字，并使用Nmap中的信息进行解析。它的“Conmmand Specific Data”部分包含了一个套接字地址（ip 地址和端口号）。这是暴露的远程设备的真实 ip 地址和端口号，即使它位于NAT设备之后。我们发现大量的设备暴露的IP字段和实际扫描的IP地址不同。所以我们得出结论，大多数的Ethernet/IP设备部署在内部网络中，而不是直接暴露在互联网上。如下图所示的是使用Nmap扫描CompactLogix控制系统的扫描结果，可以看到暴露的设备ip和扫描ip不匹配，说明目标系统位于路由器或防火墙之后。上图显示了一些信息，包括设备的制造商“Rockwell”。设备的制造商在响应中是一个两字节的制造商 ID，它映射了一组支持 Ethernet/IP 的厂商名单。但是，这个厂商名单不是公开的。我们在深入研究 Wireshark 捕获的数据包后，发现数据包被 Wireshark 解析后，制造商 ID 被替换成了制造商名称。这说明 Wireshark 拥有如何映射制造商ID和名称的信息。通过对Github上Wireshark源代码的一些搜索，我们发现了如下代码片段，它告诉我们该如何解析制造商 ID。在解析工控协议的时候，Wireshark 常常是一个强大而好用的资源。使用像“List Identity”这样的命令，你可以简单的重放数据包，几乎不用修改数据包。会话句柄将被设置为0，意味着没有会话生成，因为该命令只是简单的发送命令和接收系统响应。为了进一步与设备进行通信，需要发送注册会话命令（0x65）。这个命令会设置会话句柄ID，这个ID将用于后续会话的通信。如下图所示，注册会话的请求使用标准ID“0x00000000”，目标设备返回了它生成的会话句柄“0x03A566BB”。三、Ethernet/IP中间人攻击简单的数据包重放对Ethernet/IP的某些指令无效。这使得攻击变得稍微复杂了一些。然而，对于大多数攻击者而言，只要对 Ethernet/IP 的协议稍有了解，这点困难将是微不足道的。一旦会话句柄通过协商被确定，只要通过手动改变序列号，就可以实现像中间人攻击。攻击实例：网络拓扑：网络环境：• 虚拟机• Ettercap工具• Wireshark• 交换机• PLC控制器攻击测试：使用VM-Linux中的嗅探工具ettercap对目标主机进行嗅探。单击Hosts选项，选择Scan for host，待扫描完成之后再选择Scan for host，然后选择Host list，此时可以看到已经扫描的主机列表，如图所示：然后就可以选择要攻击的目标了，选择192.168.210.200的IP地址，如图所示：明确攻击方式之后，我们选择"Sniff remoteconnections" — "确定"。点击确定攻击之后，过滤攻击修改Ethernet/ip特定的数据包字段，高级序列号5，通过添加4（十进制）修改数据值。攻击示意图：此时使用Wireshark抓包工具可以发现，被攻击PLC的所有流量都是通过攻击者的VM主机发送出去的。通过此操作可直接给PLC下发指令。四、EtherNet/IP协议终止CPU运行攻击有些Ethernet/IP设备是支持终止CPU命令的。Metasploit模块，可以被用来终止一个Allen-Bradley ControlLogix控制系统中的大量 PLC，还可以引发其他恶意攻击事件比如令以太网卡崩溃。只要了解 Session Handle 即可轻松攻击 Ethernet/IP。是这个攻击奏效的另一个关键是Allen-Bradley实现的一个命令字。Allen-Bradley在NOP（0x00）命令中实现了终止 CPU 的功能。如下图这个命令在CIP或Ethernet/IP的规范中没有记录，是Allen-Bradley/Rockwell控制器的私有实现。通过对大量设备的测试，我们发现，在一些旧的固件中，不仅 ControlLogix CPU 被终止，而且设备崩溃，需要重新启动硬盘。对于当前的型号，PLC 必须拔下并重新插入才能再次运行。极少数情况下，PLC需要重新编程。五、结束语上述的攻击都是非常危险的攻击形式，时常与钓鱼网站、挂马网站等攻击形式结合，不仅造成信息的泄漏，还可能被借用于病毒木马的传播。更重要的是，这类攻击可能将我们认为绝对安全的网络连接变成完全被人监听控制的连接，使得网络连接的私密性得不到保障，造成重要数据轻易落入攻击者之手。由于网络环境的复杂性，我们有必要对各类攻击进行了解，具备初步判断网络连接安全性的能力。防护手段：使用专业的工控防火墙系统，能智能识别和防护各类恶意攻击，结合工控协议的深度解析和黑、白名单策略相结合的防护机制，可有效的阻止针对工控系统的已知和未知的恶意攻击行为，极大的降低了工控系统受损的风险。硬核专辑工业热点 | 数据采集 | 应用与库（西门子、罗克韦尔、倍福等）WinCC技术 | 工业网络 | MES技术相关| 工业巨头战略布局 | 工业通讯案例仿真与虚拟调试 | 职业感悟、认知提升 | 自动化控制标准合集西门子TIA Portal+库卡机器人+VNCK实现数字化机床虚拟调试2020-12-06超炫酷的西门子TIA Portal的大神级操作~2020-11-27自动化+信息化：徐工传动数字化工厂实施方案2020-11-24基于TIA Portal V15的动态加密计时催款程序2020-11-16软件定义制造：五层架构下数字化工厂的信息系统2020-11-13智能自动化物流系统AGV基础知识（完整介绍）2020-11-14机床数字化通信三大标准-OPCUA、MTConnect、NC-Link2020-11-07一文讲透PROFINET组态调试、编程、应用等最重要的文档和知识点2020-11-08数字化工业，IT大佬与工业自动化巨头的IT\OT融合之旅2020-11-02PLC高级编程-西门子SCL结构化控制语言官方培训.pptx2020-10-29MES、SCADA下的数据采集—C#实现扫码器的串口通讯实例2020-10-28IT融合OT：数据、网络与WMS、MES如何贯穿五层自动化金字塔？2020-10-20发布于 2020-12-24 12:22以太网（Ethernet）通信协议工业控制赞同 25添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录智能制造之家微信公众号:智能制造之家，10W+朋友共话智

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局域网协议：以太网（Ethernet）详解

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Ethernet的组成以太网和 Wi-Fi以太网应用场景以太网的发展历程以太网数据链路层CSMA/CD (载波侦听多路访问/冲突检测)推荐阅读

以太网（Ethernet）是一种局域网（LAN）技术，用于在局域网范围内传输数据。它是最常见、最广泛使用的局域网技术之一，允许多台设备（如计算机、打印机、交换机等）通过共享传输介质（如双绞线或光纤）相互通信和共享资源。

Ethernet的组成

拓扑结构以太网通常采用总线型或星型拓扑结构，最常见的是星型拓扑，其中所有设备连接到一个集线器（HUB）或交换机（Switch）。网络拓扑结构还有网状型、环型、树型、混合型等。数据帧格式数据传输采用帧（Frame）的形式，每个帧包含了源和目标MAC地址、数据和纠错信息等。MAC地址每个以太网设备都有唯一的MAC（Media Access Control）地址，用于标识网络中的设备。CSMA/CD协议以太网使用载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）协议，用于管理共享介质上的数据传输。传输速率以太网支持不同的传输速率，最初是10 Mbps（10BASE-T），后来发展到100 Mbps（Fast Ethernet），1 Gbps（Gigabit Ethernet），甚至更高的速率：10Gbps、25 Gbps、40 Gbps、100 Gbps等。物理介质以太网可以在多种物理传输介质上运行，包括双绞线、光纤和同轴电缆等。以太网电缆的传输速率主要有以下七种：

类型速率Cat 5高达 350 MHz 和 100 MbpsCat 5e （增强型）高达 350 MHz 和 1 GbpsCat 6高达 550 MHz 和 1 GbpsCat 6a （增强型）高达 550 MHz 和 10 GbpsCat 7高达 600 MHz 和 10 GbpsCat 7a高达 1 GHz 和 40 GbpsCat 8高达 2 GHz 和 25 或 40 Gbps

光纤和双绞线仍然是当前主流的有线传输介质，同轴电缆已经非常少见。

交换技术交换机是用于在局域网内传输数据的设备，它根据目标设备的MAC地址来转发数据帧。交换机的交换方式主要有以下几种：

存储转发（Store-and-Forward）直通式转发（Cut-Through Forwarding）自适应转发（Adaptive Forwarding）混合式转发（Fragment-Free）

以太网和 Wi-Fi

与 Wi-Fi 相比，以太网具有三个主要优势：更快、更稳定、更安全。现在，以太网通常用于固定设备的连接，如台式计算机、服务器、网络打印机等。

与以太网相比，Wi-Fi具有：灵活性、可移动、高速率等特点。Wi-Fi更适合移动设备，如笔记本电脑、智能手机、平板电脑等，以及需要灵活布局或移动的场景。

这两种技术在不同的情况下各有优势，而在现代企业、家庭、商业网络中，它们通常会相互配合使用，以提供更全面的网络覆盖和更多样的连接选择。

以太网应用场景

以太网广泛应用于办公室、家庭网络、数据中心等环境中，用于连接各种设备，如计算机、服务器、打印机、路由器和交换机等。

以太网作为一种通用的局域网技术，已成为连接设备并在局域网内传输数据的主要方式。其不断发展的速率和技术使其适用于各种不同规模和需求的网络环境。

以太网的发展历程

1983年，以太网被电气和电子工程师协会(IEEE)标准化为IEEE 802.3标准。该标准定义了有线以太网“数据链路”层的物理层和MAC(媒体访问控制)部分。

以太网数据链路层

数据链路层可分为两个部分;

逻辑链路控制(LLC) “逻辑链路控制”为以太网上的数据在设备之间传输建立路径。媒体访问控制(MAC) “媒体访问控制”使用分配给网络接口卡(NIC)的硬件地址来识别特定的计算机或设备，以显示数据传输的源和目的地。

CSMA/CD (载波侦听多路访问/冲突检测)

以太网通过使用一种称为CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的算法在该数据链路层传输数据包。

以太网采用CSMA/CD作为标准，以减少数据冲突，提高数据传输成功率。

该算法首先检查网络上是否有流量。如果没有找到，它将发送第一个信息，看看是否会发生冲突。

如果第一个比特是成功的，那么它将发送其他比特，同时仍然监控是否存在冲突。

如果发生冲突，算法计算等待时间，然后重新开始整个过程，直到数据传输完成。现在网络发展越来越快，诞生了很多新的通信技术，但以太网作为一种能容纳不同协议的技术，在现在，或者未来仍然会在网络架构中占据一席之地。

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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

9外部链接

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帧中继

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虚拟专用网（VPN）

云端（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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IGMP

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IPsec

RIP

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链接层

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NDP

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PPP

MAC

Ethernet

DSL

ISDN

FDDI

更多...

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]

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[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。

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[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。

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。

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-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

IEEE标准协会

Category:IEEE标准

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数字键盘

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输出设备

显示器

屏幕

盲文显示机

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声卡

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软盘

光盘

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闪存

存储卡

闪存盘

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微处理器

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存储器

随机存取

BIOS

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电源供应器

开关模式电源

金属氧化物半导体场效晶体管

功率

电压调节模块

网卡

传真调制解调器（英语：Fax modem）

扩展卡

接口（英语：Computer port (hardware)）

以太网

FireWire

并行

序列

PS/2

USB

Thunderbolt

DisplayPort／HDMI／DVI／VGA

SATA

TRS

规范控制

AAT: 300266018

GND: 4127501-9

J9U: 987007555681905171

LCCN: sh85045087

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Ethernet（以太网）基本工作原理 - 知乎切换模式写文章登录/注册Ethernet（以太网）基本工作原理乐竹每天提醒自己，不要忘记梦想！以太网采用的介质控制方法是：CSMA/CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）Ethernet 数据发送流程CMSA/CD的发送流程可以简单概况为4步：先听后发、边听边发、冲突停止、延迟重发。（1）载波侦听过程每个主机在发送数据帧之前，首先要侦听总线的【忙/闲】状态。Ethernet网卡的收发器一直在接收总线上的信号，如果总线上有其他主机发送的信号，那么曼彻斯特解码器的解码时钟一直有输出；如果总线上没有信号发送，那么曼彻斯特（Manchester）解码器的时钟输出为0。Manchester解码器是网卡上的一个组件，解码时钟会根据线路上的信号以曼彻斯特编码解码。曼彻斯特编码因此，Manchester解码器的时钟信号可以反映出总线的【忙/闲】状态。（2）冲突检测方法载波侦听并不能完全消除冲突。———————————————————————————————————————电磁波在同轴电缆中传播速度约为 2×108m/s，如果局域网中两个【相隔最远】主机A和B相距 1000m，那主机A向主机B发送一帧数据要经过。t=\frac{1000}{2\times10^{8}}=5\times10^{-6} s=5\mu s 主机A发送数据后，要经过t后，主机B才接收到这个数据帧。在这5μs的时间内，主机B不知道主机A已经发送数据，它就有可能也向主机A发送数据。出现这种情况，主机A和主机B的这次发送就发生【冲突】。———————————————————————————————————————比较极端的冲突是：主机A向主机B发送数据，当数据信号快要到达主机B时，主机B也发送了数据。等到冲突信号传送回主机A时，已经经过了两倍的传播延迟2t（t=D/V，D为总线传输介质的最大长度，V是电磁波在介质中的传播速度）。冲突的数据帧可以传遍整个缆段，缆段上的主机都可以检测到冲突。缆段被称为【冲突域】，如果超过2t的时间没有检测出冲突，则该主机已取得【总线访问权】，因此将 2t定义为【冲突窗口】。冲突窗口是连接在一个缆段上所有主机能检测到冲突发生的最短时间。由于Ethernet物理层协议规定了总线最大长度，电磁波在介质中的传播速度是确定的，因此冲突窗口的大小也是确定的。最小帧长度与总线长度、发送速率之间的关系———————————————————————————————————————为了保证主机在发送一帧的过程可以检测到冲突，就要求发送一个最短帧的时间要超过冲突窗口的时间。因为帧发送并不是一瞬间全部发送完成，发送延迟 t = 帧长度/发送速率，发送速率一般不会改变，因此要在发送的过程中能检测到冲突需要规定一个最小帧长度最短帧长度为 L_{min} ，主机发送速率为S，发送短帧所需的时间为 L_{min} / S ，冲突窗口的值为2D/V \frac{L_{min}}{S}\geq \frac{2D}{V} 所以可以根据总线长度、发送速率和电磁波传播速度估计最小帧长度。———————————————————————————————————————冲突是指总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，它们叠加后的信号波形不等于任何一个主机输出的信号波形。冲突检测有两种方法：比较法和编码违例判决法。比较法：主机在发送帧的同时，将其发送信号波形与总线上接收到的信号波形进行比较（信号在总线上是双向传播的，比如主机A、B、C，B发送信号A与C都能接收到）。如果两个信号波形不一致，说明冲突发生。编码违例判决法：检查从总线上接收的信号波形是否符合曼彻斯特编码规律，不符合则说明发生冲突。64B是Ethernet的最小帧长度：如果一个主机发送一个最小帧，或者一个帧的前64个字节没有检测到冲突，说明该主机已经取得总线发送权，冲突窗口期又称为争用期。发现冲突、停止发送如果主机在发送过程中检测到冲突，主机要进入停止发送，随机延迟后重发的流程。随机延迟重发的第一步是：发送冲突加强干扰序列，保证有足够的冲突持续时间，使局域网中的所有主机都能检测出冲突存在，并立即丢弃冲突帧，减少由于冲突浪费的时间，提高信道利用率。冲突加强干扰序列信号长度为32bit随机延迟重发Ethernet规定一个帧的最大重发次数为16。后退延迟算法是：截止二进制指数后退延迟———————————————————————————————————————算法可表示为： \tau =2 \cdot R \cdot a τ：重新发送所需的后退延迟时间。a：冲突窗口的值。R：随机数，以主机地址为初始值生成随机数R。k：k=min(n,10)，如果重发次数n小于10，则k=n，n≥10，则k=10.———————————————————————————————————————后退延迟时间τ到达后，节点将查询判断总线忙、闲状态，重新发送，如果再次遇到冲突，则重发次数+1，如果重发次数超过16时，表示发送失败，放弃发送该帧。CSMA/CD方法被定义为一种随机争用型介质控制访问方法。Ethernet帧结构Ethernet V2.0标准和 IEEE 802.3标准的Ethernet帧结构的区别。———————————————————————————————————————Ethernet V2.0是在DEC、Intel（英特尔）、Xeror公司合作研究的，所以也称Ethernet V2.0帧结构为DIX帧结构（公司首字母）IEEE802.3标准对Ethernet帧结构也做出了规定，通常称之为 802.3帧———————————————————————————————————————（1）前导码 1. DIX帧的前8B是前导码，每个字节都是10101010。接收电路通过提取曼彻斯特编码的自含时钟，实现收发双方的比特同步。说人话就是：编码时故意搞个特别的码在前面,通过长度告知解码器后面有货送来,注意接收。通过前导码就可判断信号是有用信号还是干扰信号,否则忽略不解码。 2. 802.3帧的前导码，每个字节都是10101010。但是有一个10101011的帧前定界符。前56位（7B×8）前导码是为了保证在接收【目的地址】时，已经进入【稳定接收状态（识别出这个是有用信号）】在62位1010…1010比特序列后出现两个11，两个11后就是Ethernet帧的目的地址字段。 3. 前导码只是为了实现收发双方的比特同步与帧同步，在接收后不需要保留，也不计入帧头长度。（2）类型字段和长度字段 1. DIX帧的类型字段表示网络层使用的协议类型。——————————————————————————————————————— 例如：类型字段=0x0800表示网络层使用IPv4协议、类型字段=0x86DD表示网络层使用IPv6协议。——————————————————————————————————————— 2. Ethernet帧最小长度为64B，除去帧头（目的地址+源地址+源地址），数据字段最短为46B。数据字段最长为1500B，因此数据字段长度在46~1500B之间。 3. DIX帧没有长度字段，所以接收端等待物理线路上没有电平的跳变（帧发送结束），除去4B的校验字段，就能取出数据字段。（3）目的地址和源地址字段 1. 目的地址和源地址表示帧的接收节点和发送节点的硬件地址。 2. 硬件地址也叫物理地址、MAC地址、Ethernet地址。 3. 源地址必须是6B的MAC地址。 4. 目的地址可以是单播地址（发送给单一主机）、多播地址（发送给一部分主机）、广播地址（发送给所有主机）。（4）帧校验字段 1. 帧校验字段FCS（ Frame Check Sequence）采用32位的CRC校验。 2. CRC校验范围：目的地址、源地址、长度、LLC（Logical Link Control：逻辑链路控制）数据等字段。Ethernet接收流程分析主机主要不发送数据帧就处于接收状态。帧目的地址检查： 1. 目的地址是单一主机的物理地址，并且是本主机地址—>接收。 2. 目的地址是组地址，并且本主机属于该组—>接收。 3. 目的地址是广播地址—>接收。 4. 如果以上3种目的地址都与本主机地址不匹配，丢弃该接收帧。帧接收： 1. CRC校验正确。 2. 帧长度正确。 3. 如果1、2都正确，将帧中的数据发送到网络层，否则报告”接收失败“进入帧结束状态。帧校验： 1. CRC校验正确，但是帧长度不对，则报告“帧长度错”。 2. 如果校验出错，判断接收帧是不是8bit的整数倍（字段长度的单位是字节，1B=8bit，接收帧长度正常的话肯定是8bit的整数倍）☆ 如果不是8bit的整数倍，则报告“帧比特出错”。☆ 如果没有发现比特丢失或者比特位对位错，则报告“帧校验错”。 3. 进入结束状态。帧间最小间隔 1. 为保证网卡能正确、连续的处理接收帧，要规定一个帧间最小间隔 (网卡处理接收帧要时间、虽然很短) 2. 规定Ethernet帧的最小间隔为9.6μsEthernet网卡网卡由三部分组成：网卡与传输介质的接口（RJ45）、Ethernet数据链路控制器、网卡与主机的接口（主板的I/O扩展槽）。Ethernet数据链路控制器的功能：实现发送数据编码、接收数据解码、CRC产生与校验、曼彻斯特编码与解码、CSMA/CD介质访问控制。网卡的物理地址写入网卡的只读存储器中，不会与世界上任何一台其他的计算机重复。编辑于 2022-08-10 18:41Ethernet以太网（Ethernet）工作原理赞同 194 条评论分享喜欢收藏申请

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数据链路层协议(Ethernet、IEEE802.3、PPP、HDLC)

谢公子

发表于 2021/11/18 23:19:29

2021/11/18

【摘要】

数据链路层协议

Ethernet以太网协议

以太网数据帧的封装

IEEE802.3协议

PPP协议

HDLC协议

数据链路层协议

首先Ethernet、IEEE802.3、PPP和HDLC都是数据链路层的协议，只不过后面三个不常用而已，数据链路层最常用的协议是Etnernet以太网协议。

Ethernet和IE...

数据链路层协议

Ethernet以太网协议

以太网数据帧的封装

IEEE802.3协议

PPP协议

HDLC协议

数据链路层协议

首先Ethernet、IEEE802.3、PPP和HDLC都是数据链路层的协议，只不过后面三个不常用而已，数据链路层最常用的协议是Etnernet以太网协议。

Ethernet和IEEE802.3属于以太链路层协议

广域网中经常会使用串行链路来提供远距离的数据传输，高级数据链路控制HDLC（High-Level Data Link Control）和点对点协议PPP（ Point to Point Protocol）是两种典型的串口封装协议。

Ethernet以太网协议

Ethernet以太网协议，用于实现链路层的数据传输和地址封装

以太网数据帧的封装

从上图可以看到 Ethernet II帧，目的地址、源地址字段各占6个字节，目的地址字段确定帧的接收者，源地址字段标识帧发送者。当使用六个字节的源地址字段时，前三个字节表示由IEEE分配给厂商的地址，将烧录在每一块网络接口卡的ROM中。而制造商通常为其每一网络接口卡分配后字节。其实目的、源地址就是我们经常说的MAC地址，比如00:1A:A0:31:39:D4就是一个MAC地址。类型字段，为2字节，用来标识上一层所使用的协议类型，如IP协议（0x0800）,ARP(0x0806)等。数据字段以太网包最小规定为64字节，不足的也会填充到64字节。以太网包的最大长度是1518字节，数据字段长度范围为46到1500，这是为什么呢？因为以太网包最小规定为64字节，不足的也会填充到64字节。而以太网帧格式的其他部分加起来是6+6+2+4=18字节，所以数据部分的最小长度为64-18=46字节；而以太网包的最大长度是1518字节，因此1518-18=1500字节。 FCS字段是帧校验字段，即Frame Check Sequence，用来保存CRC(循环冗余校验)校验值。

IEEE802.3协议

IEEE 802.3 通常指以太网，一种网络协议。描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式 MAC（MediaAccessControl）媒体访问控制层，该层定义了数据包怎样在介质上进行传输。 LLC （LogicalLinks Control）逻辑链路控制层

PPP协议

PPP协议是一种点到点(一根链路两端只有两个接口)链路层协议，主要用于在全双工的同异步链路上进行点到点的数据传输。

LCP是用来创建二层连接的，是有连接的(以太协议无连接)；NCP是用来实现三层通信的

HDLC协议

HDLC(High-level Data Link Control)，高级数据链路控制，简称HDLC，是一种面向比特的链路层协议，思科私有协议，现在几乎不用文章来源: xie1997.blog.csdn.net，作者：谢公子，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：xie1997.blog.csdn.net/article/details/84224111

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