以太网基础——笔记
目錄
以太網(wǎng)定義：
1）沖突域：
2）廣播域：
一、CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)/沖突檢測）
工作原理：
在LAN中發(fā)生沖突將發(fā)生如下情況：
二、半雙工和全雙工以太網(wǎng)
半雙工：
全雙工：
運行在全雙工模式的條件：
三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層
1）以太網(wǎng)編制：
2）以太網(wǎng)幀
以太網(wǎng)定義：
以太網(wǎng)是一種基于爭用的介質(zhì)訪問方法，讓網(wǎng)絡(luò)中的所有主機共享鏈路帶寬。
以太網(wǎng)使用了數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范和物理層規(guī)范
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1）沖突域：
網(wǎng)段上一臺設(shè)備發(fā)送幀時，該網(wǎng)段的其他設(shè)備都必須偵聽。同一網(wǎng)段的兩臺設(shè)備同時傳輸數(shù)據(jù)時將引發(fā)沖突，導(dǎo)致所有設(shè)備都必須重傳
沖突：是指多臺設(shè)備的數(shù)字信號在線路上相互干擾
2）廣播域：
指網(wǎng)段中的一組設(shè)備，偵聽該網(wǎng)段上發(fā)送的所有廣播
廣播域的邊界通常為交換機或路由器等物理介質(zhì)，但廣播域也可能為一個邏輯網(wǎng)段
注：規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時，首要目的是不要讓廣播域范圍過大
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一、CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)/沖突檢測）
這是一種幫助設(shè)備共享帶寬的協(xié)議，可避免兩臺是設(shè)備同時在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)。
工作原理：
1.主機首先檢測線路上是否有數(shù)字信號。如果沒有其他主機傳輸數(shù)據(jù)，該主機將開始傳輸數(shù)據(jù)
2.傳輸方持續(xù)監(jiān)測線路，確保其他主機沒有傳輸數(shù)據(jù)；如果檢測到線路上有其他信號，傳輸主機將發(fā)送擴展的擁堵信號（jam signal），這將導(dǎo)致網(wǎng)段上所有節(jié)點都不再發(fā)送數(shù)據(jù)
3.檢測到擁堵信號后，其他節(jié)點將等待一段時間后再嘗試傳輸。當(dāng)發(fā)生沖突時，后退算法決定了發(fā)生沖突的主機經(jīng)過多久后才能重新傳輸（如果超過15次嘗試都導(dǎo)致沖突，該節(jié)點會超時）
可簡單描述為：先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，隨機重發(fā)
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在LAN中發(fā)生沖突將發(fā)生如下情況：
1.擁堵信號告訴所有設(shè)備發(fā)生沖突
2.同時激活隨即后退算法
3.以太網(wǎng)中所有設(shè)備都暫停傳輸，知道后退定時器到期
4.定時器到期后，所有主機優(yōu)先級均相同
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后退：在以太網(wǎng)中，是指沖突導(dǎo)致的重傳延遲
二、半雙工和全雙工以太網(wǎng)
半雙工：
允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸,在同一時間只可以有一方接受或發(fā)送信息，可以實現(xiàn)雙向通信,它實際上是一種切換方向的單工通信；例如：使用對講機
全雙工：
數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸,在同一時間可以同時接受和發(fā)送信息；全雙工通信是兩個單工通信方式的結(jié)合,它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨立的接收和發(fā)送能力；例如：打電話
與交換機相連的端口和主機都必須在全雙工模式下運行（可調(diào)整，請看交換機基本配置——實驗）；與集線器相連的交換機端口或主機都必須運行在半雙工模式下
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運行在全雙工模式的條件：
1.交換機與主機相連
2.交換機與交換機相連
3.主機與主機相連
4.交換機與路由器相連
5.路由器與路由器相連
6.路由器與主機相連
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半雙工以太網(wǎng)只有一個沖突域，而在全雙工以太網(wǎng)中，每個端口對應(yīng)一個沖突域，所以有效吞吐量更高
全雙工以太網(wǎng)端口通電后，首先與連接的以太網(wǎng)鏈路另一端協(xié)商，該過程稱為自動檢測機制。該機制先確定交換能力，檢查端口可以在何速度下運行，并檢查是否支持全雙工模式
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注意：在全雙工模式下，不會發(fā)生沖突
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三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層
在數(shù)據(jù)鏈路層中，以太網(wǎng)負(fù)責(zé)以太網(wǎng)編址（硬件編址/MAC地址）。且以太網(wǎng)還負(fù)責(zé)將來自網(wǎng)絡(luò)層的分組封裝成幀，為使用基于爭用的以太網(wǎng)介質(zhì)訪問方法在本地網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸做好準(zhǔn)備
1）以太網(wǎng)編制：
使用固化在以太網(wǎng)網(wǎng)卡（NIC）中的介質(zhì)訪問控制（MAC）地址。MAC地址長48位（6字節(jié)），采用16進(jìn)制格式
組織唯一標(biāo)識符（OUI）由IEEE分配給組織，包含24位（3字節(jié)）；組織給生產(chǎn)的每一個網(wǎng)卡都分配一個唯一的全局管理地址，長24位（3字節(jié)）。
I/G：最高位為Individual/Group位；如果值為0，可認(rèn)為相應(yīng)的地址為某臺設(shè)備的MAC地址，可出現(xiàn)在MAC報頭的源地址部分；如果值為1，可認(rèn)為相應(yīng)的地址為以太網(wǎng)中的廣播地址或組播地址
G/L：全局/本地位（也稱為U/L位）；如果為0，表示對應(yīng)的地址為全局管理地址，由IEEE分配；如果為1，表示相應(yīng)的地址為本地管理地址
后24位為本地地址，由制造商分配的編碼，最高可生產(chǎn)16777216個網(wǎng)卡
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2）以太網(wǎng)幀
數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將比特合并成字節(jié)，再將字節(jié)封裝成幀。使用幀封裝來自網(wǎng)絡(luò)層的分組，以便通過特定類型的介質(zhì)進(jìn)行傳輸
| 前導(dǎo)碼（7字節(jié)） | SFD（1字節(jié)） | 目標(biāo)地址（6字節(jié)） | 源地址 （6字節(jié)） | 類型（2字節(jié)） | 數(shù)據(jù)和填充（46~1500字節(jié)） | FCS（4字節(jié)） |
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在傳遞過程中使用循環(huán)冗余校驗（CRC），提供錯誤檢測功能（僅為檢錯，并非糾錯）
前導(dǎo)碼：交替的0和1，在每個分組中提供5MHz的時鐘信號，讓接收設(shè)備能夠跟蹤到來的比特流
幀起始位置分隔符（SFD）/同步：SFD值為10101011，最后兩個1讓接收方能夠識別中間的0、1交替模式，進(jìn)而同步檢測到數(shù)據(jù)開頭
目標(biāo)地址（DA）：LSB（最低優(yōu)先位）優(yōu)先；接收方根據(jù)DA判斷到來的分組是否發(fā)送給特定節(jié)點，目標(biāo)地址可為單播地址、廣播地址或組播地址
源地址（SA）：用于標(biāo)識傳輸設(shè)備，也使用LSB優(yōu)先格式，不能包含廣播地址或組播地址
類型：802.3幀使用長度，不能標(biāo)識上層協(xié)議，只能專用于LAN
數(shù)據(jù)：網(wǎng)絡(luò)層傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層的分組，長度為46~1500位
幀校驗序列（FCS）：位于幀尾，用于存儲循環(huán)冗余校驗（CRC）結(jié)果。接受主機在收到幀后運行CRC，結(jié)果必須相同，否則將認(rèn)為發(fā)生錯誤并將幀丟棄
CRC是一種數(shù)學(xué)算法，創(chuàng)建每個幀都將運行。
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總結(jié)
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