以太网基础知识_互联网_IT/计算机_专业资料。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年 代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网 （LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年 代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网 （LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用 具有冲突检测的载波多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制 和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输，如双绞线电缆或同 轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构 中，集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之 间相互连接。 以太网具有的一般特征概述如下： 共享：所有网络设备依次使用同一通信。 域：需要传输的帧被发送到所有节点，但只有寻址到的节点才会接 收到帧。 CSMA/CD：以太网中利用载波多访问/冲突检测方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）以防止 twp 或更多节点同 时发送。 MAC 地址：访问控制层的所有 Ethernet 网络接口卡（NIC）都采 用48位网络地址。这种地址全球唯一。 Ethernet 基本网络组成： 共享和电缆：10BaseT（双绞线（同轴粗缆）。 转发器或集线器：集线器或转发器是用来接收网络设备上的大量以太网 连接的一类设备。通过某个连接的接收双方获得的数据被重新使用并发 送到传输双方中所有连接设备上，以获得传输型设备。 网桥：网桥属于第二层设备，负责将网络划分为的冲突域获分段， 达到能在同一个域/分段中维持及共享的目标。网桥中包括一份涵 盖所有分段和转发帧的表格，以确保分段内及其周围的通信行为正常进 行。 交换机：交换机，与网桥相同，也属于第二层设备，且是一种多端口设 备。交换机所支持的功能类似于网桥，但它比网桥更具有的优势是，它 可以临时将任意两个端口连接在一起。交换机包括一个交换矩阵，通过 它可以迅速连接端口或解除端口连接。与集线器不同，交换机只转发从 一个端口到其它连接目标节点且不包含的端口的帧。 以太网协议：IEEE 802.3标准中提供了以太帧结构。当前以太网支持光 纤和双绞线支持下的四种传输速率： 10 Mbps – 10Base-T Ethernet（802.3） 100 Mbps – Fast Ethernet（802.3u） 1000 Mbps – Gigabit Ethernet（802.3z)） 10 Gigabit Ethernet – IEEE 802.3ae 以太网简史： 1972年，罗伯特?梅特卡夫(Robert Metcalfe)和施乐公司帕洛阿尔托研 究中心(Xerox PARC)的同事们研制出了世界上第一套实验型的以太网 系统，用来实现Xerox Alto（一种具有图形用户界面的个人工作站）之 间的互连，这种实验型的以太网用于Alto工作站、服务器以及激光打印 机之间的互连，其数据传输率达到了2.94Mbps。 梅特卡夫发明的这套实验型的网络当时被称为Alto Aloha网。1973年， 梅特卡夫将其命名为以太网，并指出这一系统除了支持Alto工作站外， 还可以支持任何类型的计算机，而且整个网络结构已经超越了Aloha系 统。他选择“以太”（ether）这一名词作为描述这一网络的特征：物理介 质（比如电缆）将比特流传输到各个站点，就像古老的“以太理 论”（luminiferous ether）所阐述的那样，古代的“以太理论”认为“以 太”通过电磁波充满了整个空间。就这样，以太网诞生了。 最初的以太网事一种实验型的同轴电缆网，冲突检测采用CSMA/CD 。 该网络的成功，引起了大家的关注。1980年，三家公司（数字设备公 司、Intel公司、施乐公司）联合研发了10M以太网1.0规范。最初的 IEEE802.3即基于该规范，并且与该规范非常相似。802.3工作组于 1983年通过了草案，并于1985年出版了标准ANSI/IEEE Std 802.3-1985。从此以后，随着技术的发展，该标准进行了大量的补充与 更新，以支持更多的传输介质和更高的传输速率等。 1979年，梅特卡夫成立了3Com公司，并生产出第一个可用的网络设 备：以太网卡（NIC）， 它是允许从主机到IBM终端和PC机等不同设备 相互之间实现无缝通信的第一款产品，使企业能够以无缝方式共享和打 印文件，从而增强工作效率，提高企业范围的通信能力。 以太网和IEEE802.3： 以太网是Xerox公司发明的基带LAN标准。它采用带冲突检测的载波监 听多访问协议（CSMA／CD），速率为10Mbps，传输介质为同轴电 缆。以太网是在20世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开 发的，而IEEE802．3标准是在最初的以太网技术基础上于1980年开发 成功的。现在，以太网一词泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网。 以太网2．0版由数字设备公司、Intel公司和Xerox公司联合开发，它与 IEEE802．3兼容。 以太网和IEEE802．3通常由接口卡（网卡）或主电板上的电实 现。以太网电缆协议用收发器将电缆连到网络物理设备上。收发器 执行物理层的大部分功能，其中包括冲突检测及收发器电缆将收发器连 接到工作站上。 IEEE802．3提供了多种电缆规范，10Base5就是其中的一种，它与以 太网最为接近。在这一规范中，连接电缆称作连接单元接口（AUI）， 网络连接设备称为介质访问单元（MAU）而不再是收发器。 1．以太网和IEEE802．3的工作原理 在基于的以太网中，所有的工作站都可以收到发送到网上的信息 帧。每个工作站都要确认该信息帧是不是发送给自己的，一旦确认是发 给自己的，就将它发送到高一层的协议层。 在采用CSMA／CD传输介质访问的以太网中，任何一个CSMA／ CDLAN工作站在任何一时刻都可以访问网络。发送数据前，工作站要 侦听网络是否堵塞，只有检测到网络空闲时，工作站才能发送数据。 在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任一工作站均可发送数据。当 两个工作站发现网络空闲而同时发出数据时，就发生冲突。这时，两个 传送操作都遭到，工作站必须在一定时间后重发，何时重发由延时 算法决定。 2．以太网和IEEE802．3服务的差别 尽管以太网与IEEE802．3标准有很多相似之处，但也存在一定的差 别。以太网提供的服务对应于OSI参考模型的第一层和第二层，而 IEEE802．3提供的服务对应于OSI参考模型的第一层和第二层的信道 访问部分（即第二层的一部分）。IEEE802．3没有定义逻辑链控制 协议，但定义了几个不同物理层，而以太网只定义了一个。 IEEE802．3的每个物理层协议都可以从三方面说明其特征，这三方面 分别是LAN的速度、信号传输方式和物理介质类型。 回答者： 雾凇城 - 魔 四级 12-27 11:23 查看用户评论(1) 评价已经被关闭 目前有 0 个人评价 相关内容 ? 我还有个以太网控制器没有驱动，它是干什么用？ ? 内存是干什么的？CPU后的几点几GHZ是什么意思？还有... ? 网络采集器 是干什么用的?主要功能是什么? ? 有哪位能告诉我这些是什么，干什么用的？ ?360ARP防火墙是干什么用的？ARP是什么意思？ 查看同主题问题：以太网 其他回答 共 2 条 以太网。指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发 的基带局域网规范。以太网络使用CSMA/CD(载波多访问及冲突 检测技术)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网 与IEEE802·3系列标准相类似。 它不是一种具体的网络，是一种技术规范。 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了 在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设 备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线 Base T以太 网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的 以太网技术。直扩的无线Mbps，许多制造供应商提供的 产品都能采用通用的软件协议进行通信，性最好。 △ 以太网的连接 拓扑结构: 总线型：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、 采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓 扑结构，采用同轴缆作为传输介质，连接简单，通常在小规模的网络中 不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，已经逐渐被以集线 器和交换机为核心的星型网络所代替。 星型：管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节 点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。采用专用的网络设备 （如集线器或交换机）作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各台主 机连接到核心节点上，这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆 比总线型多，但布线和连接器比总线型的要便宜。此外，星型拓扑可以 通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模，因此得到了广泛的 应用，被绝大部分的以太网所采用。 传输介质： 以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双 绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接，而光纤则主要用于交换机 间的级联和交换机到由器间的点到点链上。同轴缆作为早期的主要 连接介质已经逐渐趋于淘汰。 接口的工作模式： 以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。 半双工：半双工传输模式实现以太网载波多访问冲突检测。传统 的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数 据。当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的 效率。 全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们 使用双绞线中两个的线，这等于没有安装新的介质就提高了带 宽。例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双 向通行。在双全工模式下，冲突检测电不可用，因此每个双全工连接 只用一个端口，用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达到50％～ 60％的带宽，双全工在两个方向上都提供100％的效率。 △ 以太网的工作原理 以太网采用带冲突检测的载波帧听多访问（CSMA/CD）机制。以太 网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是 一种网络。以太网的工作过程如下： 当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行： 1、帧道上收否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状 态，就继续帧听，直到信道空闲为止。 2、若没有帧听到任何信号，就传输数据 3、传输的时候继续帧听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段 时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会 返回到帧道状态。 注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以所有 的节点） 4、若未发现冲突则发送成功，计算机所有计算机在试图再一次发送数 据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。 △ 帧结构 以太网帧的概述： 以太网的帧是数据链层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾成 为可以被数据链层识别的数据帧（成帧）。虽然帧头和帧尾所用的字 节数是固定不变的，但依被封装的数据包大小的不同，以太网的长度也 在变化，其范围是64～1518字节（不算8字节的前导字）。 △ 冲突/冲突域 冲突（Collision）：在以太网中，当两个数据帧同时被发到物理传输介 质上，并完全或部分重叠时，就发生了数据冲突。当冲突发生时，物理 网段上的数据都不再有效。 冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。 影响冲突产生的因素：冲突是影响以太网性能的重要因素，由于冲突的 存在使得传统的以太网在负载超过40％时，效率将明显下降。产生冲突 的原因有很多，如同一冲突域中节点的数量越多，产生冲突的可能性就 越大。此外，诸如数据分组的长度（以太网的最大帧长度为1518字 节）、网络的直径等因素也会影响冲突的产生。因此，当以太网的规模 增大时，就必须采取措施来控制冲突的扩散。通常的办法是使用网桥和 交换机将网络分段，将一个大的冲突域划分为若干小冲突域。 △ /域 ：在网络传输中，向所有连通的节点发送消息称为。 域：网络中能接收任何一设备发出的帧的所有设备的集合。 和域的区别：网络指网络中所有的节点都可以收到传输的 数据帧，不管该帧是否是发给这些节点。非目的节点的主机虽然收到该 数据帧但不做处理。 是指由帧构成的数据流量，这些帧以地址（地址的每 一位都为“1”）为目的地址，告之网络中所有的计算机接收此帧并处理 它。 △ 共享式以太网 共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集 线器（集线 器）为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中，集线 器将很多以太网设备集中到一台中心设备上，这些设备都连接到集线器 中的同一物理总线结构中。从本质上讲，以集线器为核心的以太网同原 先的总线型以太网无根本区别。 集线器的工作原理： 集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重 复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一 介质，其结果是它们也共享同一冲突域、和带宽。因此集线器和它 所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个信 息，集线器会将这个给所有同它相连 的节点，因此它也是一 个单一的域。 集线器的工作特点： 集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有 源），对其接收的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为“多 端口中继器”。 集线器同中继器一样都是工作在物理层的网络设备。 共享式以太网存在的弊端：由于所有的节点都接在同一冲突域中，不管 一个帧从哪里来或到哪里去，所有的节点都能接受到这个帧。随着节点 的增加，大量的冲突将导致网络性能急剧下降。而且集线器同时只能传 输一个数据帧，这意味着集线器所 有端口都要共享同一带宽。 △ 交换式以太网 交换式结构： 在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据 帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点 就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生 冲突。 为什么要用交换式网络替代共享式网络： ·减少冲突：交换机将冲突在每一个端口（每个端口都是一个冲突 域），避免了冲突的扩散。 ·提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是各 个节点共享带宽。 △ 以太网交换机 交换机的工作原理： ·交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映 射，并将其写入MAC地址表中。 ·交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较， 以决定由哪个端口进行转发。 ·如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。 这一过程称之为泛洪（flood）。 ·帧和组播帧向所有的端口转发。 交换机的三个主要功能： ·学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同 相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。 ·转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被 转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为/组播 帧则转发至所有端口）。 ·消除回：当交换机包括一个冗余回时，以太网交换机通过生成树 协议避免回的产生，同时允许存在后备径。 交换机的工作特性： ·交换机的每一个端口所连接的网段都是一个的冲突域。 ·交换机所连接的设备仍然在同一个域内，也就是说，交换机不隔 绝（唯一的例外是在配有VLAN的中）。 ·交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换机是工作在数据链层 的网络设备 △ 交换机的分类： 依照交换机处理帧的不同的操作模式，主要可分为两类。 存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行检错，如无错误 再将这一帧发向目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而 变化。 直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧， 而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长 度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。 注意： 直通式的转发速度大大快于存储转发模式，但可靠性要差一些，因为可 能转发冲突 帧或带CRC错误的帧。 △ 生成树协议 消除回： 在由交换机构成的交换网络中通常设计有冗余链和设备。这种设计的 目的是防止一个点的失败导致整个网络功能的丢失。虽然冗余设计可能 消除的单点失败问题，但也导致了交换回的产生，它会导致以下问 题。 ·风暴 ·同一帧的多份拷贝 ·不稳定的MAC地址表 因此，在交换网络中必须有一个机制来回，而生成树协议 （Spanning Tree Protocol）的作用正在于此。 生成树的工作原理： 生成树协议的国际标准是IEEE802.1b。运行生成树算法的网桥/交换机 在的间隔（默认2秒）内通过网桥协议数据单元（BPDU）的组播 帧与其他交换机交换配置信息，其工作的过程如下： ·通过比较网桥优先级选取根网桥（给定域内只有一个根网桥）。 ·其余的非根网桥只有一个通向根交换机的端口称为根端口。 ·每个网段只有一个转发端口。 ·根交换机所有的连接端口均为转发端口。 注意：生成树协议在交换机上一般是默认的，不经人工干预即可正 常工作。但这种自动生成的方案可能导致数据传输的径并非最优化。 因此，可以通过人工设置网桥优先级的方法影响生成树的生成结果。 生成树的状态： 运行生成树协议的交换机上的端口，总是处于下面四个状态中的一个。 在正常操作 期间，端口处于转发或阻塞状态。当设备识别网络拓扑结 构变化时，交换机自动进行状态转换，在这期间端口暂时处于和学 习状态。 阻塞：所有端口以阻塞状态启动以防止回。由生成树确定哪个端口转 换到转发状态，处于阻塞状态的端口不转发数据但可接受BPDU。 ：不转发，检测BPDU，（临时状态）。 学习：不转发，学习MAC地址表（临时状态）。 转发：端口能转送和接受数据。 小知识：实际上，在真正使用交换机时还可能出现一种特殊的端口状态 －Disable状态。这是由于端口故障或由于错误的交换机配置而导致数 据冲突造成的死锁状态。如果并非是端口故障的原因，我们可以通过交 换机重启来解决这一问题。 生成树的重计算： 当网络的拓扑结构发生改变时，生成树协议重新计算，以生成新的生成 树结构。当所有交换机的端口状态变为转发或阻塞时，意味着重新计算 完毕。这种状态称为会聚（Convergence）。 注意：在网络拓扑结构改变期间，设备直到生成树会聚才能进行通信， 这可能会对 某些应用产生影响，因此一般认为可以使生成树运行良好 的交换网络，不应该超过七层。此外可以通过一些特殊的交换机技术加 快会聚的时间。 △ 网桥 网桥概述： 依据帧地址进行转发的二层网络设备，可将数个局域网网段连接在一 起。网桥可连接相同介质的网段也可访问不同介质的网段。网桥的主要 作用是分割和减少冲突。它的工作原理同交换机类似，也是通过MAC 地址表进行转发。因此，网桥同交换机没有本质的区别。在某些情况 下，我们可以认为网桥就是交换机。 △ 由器的简单介绍 什么是由器： 由器是使用一种或者更多度量因素的网络设备，它决定网络通信能够 通过的最佳径。由器依据网络层信息将数据包从一个网络前向转发 到另一个网络。 由器的功能： ·，划分域 ·通过由选择算法决定最优径 ·转发基于三层目的地址的数据包 ·其他功能 △ 虚拟局域网VLAN 网桥/交换机的本质和功能是通过将网络分割成多个冲突域提供增强的 网络服务，然而网桥/交换机仍是一个域，一个数据包可被网 桥/交换机转发至全网。虽然OSI模型的第三层的由器提供了域分 段，但交换机也提供了一种称为VLAN的域分段方法。 什么是VLAN： 一个VLAN是跨越多个物理LAN网段的逻辑域，人们设计VLAN来为 工作站提供的域，这些工作站是依据其功能、项目组或应用而 不顾其用户的物理而逻辑分段的。 一个VLAN＝一个域＝逻辑网段 VLAN的优点和安装特性： VLAN的优点： ·安全性。一个VLAN里的帧不会扩散到其他VLAN中。 ·网络分段。将物理网段按需要划分成几个逻辑网段 ·灵活性。可将交换端口和连接用户逻辑的分成利益团体，例如以同一 部门的工作人员，项目小组等多种用户组来分段。 典型VLAN的安装特性： ·每一个逻辑网段像一个物理网段 ·VLAN能跨越多个交换机 ·由主干（Trunk）为多个VLAN运载通信量 VLAN如何操作： ·配置在交换机上的每一个VLAN都能执行地址学习、转发/过滤和消除 回机制，就像一个的物理网桥一样。VLAN可能包括几个端口 ·交换机通过将数据转发到与发起端口同一VLAN的目的端口实现 VLAN。 ·通常一个端口只运载它所属VLAN的通信量。 VLAN的模式： 静态：分配给VLAN的端口由管理员静态（人工）配置。 动态：动态VLAN可基于MAC地址、IP地址等识别其资格。当使用 MAC地址时，通常的方式是用VLAN资格策略服务器（VMPS）支 持动态VLAN。VMPS包括一个映射MAC地址到VLAN分配的数据库。 当一个帧到达动态端口时，交换机根据帧的源地址查询VMPS，获取相 应的VLAN分配。 注意：虽然VLAN是在交换机上划分的，但交换机是二层网络设备，单 一的有交换机构成的网络无法进行VLAN间通信的，解决这一问题的方 法是使用三层的网络设备-由器。由器可以转发不同VLAN间的数据 包，就像它连接了几个真实的物理网段一样。这时我们称之为VLAN间 由。 △ 高速以太网 快速以太网： 快速以太网（Fast Ethernet）也就是我们常说的百兆以太网，它在保持 帧格式、MAC（介质存取控制）机制和MTU（最大传送单元）质量的 前提下，其速率比10Base－T的以太网增加了10倍。二者之间的相似性 使得10Base－T以太网现有的应用程序和网络管理工具能够在快速以太 网上使用。快速以太网是基于扩充的IEEE802.3标准。 千兆以太网： 千兆位以太网是一种新型高速局域网，它可以提供1Gbps的通信带宽， 采用和传统10M、100M以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长， 因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级。只用 于Point to Point，连接介质以光纤为主，最大传输距离已达到70km， 可用于MAN的建设。 由于千兆以太网采用了与传统以太网、快速以太网完全兼容的技术规 范，因此千兆以太网除了继承传统以太局域网的优点外，还具有升级平 滑、实施容易、性价比高和易管理等优点。 千兆以太网技术适用于大中规模（几百至上千台电脑的网络）的园区网 主干，从而实现千兆主干、百兆交换（或共享）到桌面的主流网络应用 模式。 小知识： 千兆以太网的优势是同旧系统的兼容性好，价格相对便宜。在这也是千 兆以太网在同ATM的竞争中获胜的主要原因。 △ 小结： 本章介绍了当今居于主导地位的局域网技术－以太网。以太网是建立在 CSMA/CD机制上的型网络。冲突的产生是以太网性能的重要 因素，早期的以太网设备如集线器是物理层设备，不能冲突扩散， 了网络性能的提高。而交换机（网桥）做为一种能冲突的二层 网络设备，极大的提高了以太网的性能。正逐渐替代集线器成为主流的 以太网设备。然而交换机（网桥）对网络中的数据流量则不做任何 ，这也影响了网络的性能。通过在交换机上划分VLAN和采用三层 的网络设备－由器解决了这一问题。以太网做为一种原理简单，便于 实现同时又价格低廉的局域网技术已经成为业界的主流。而更高性能的 快速以太网和千兆以太网的出现更使其成为最有前途的网络技术。田凤山简历