有線局域網

　　1985年，爲了創建一些標準使得來自不一樣的生產廠商製造的設備之間可以互相通訊，IEEE計算機協會啓動了一些項目，成爲802項目。802項目並不想取代osi模型或互聯網模型中的任何一部分，相反，它是用來指明主要局域網協議中物理層和數據鏈路層功能的一種途徑。

802標準與傳統的osi標準模型之間的關係以下：IEEE將數據鏈路層進一步劃分爲兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）和媒體介入控制（MAC）。

一、幀格式。

幀包含了7個字段，前同步碼，SFD，DA，SA，數據單元的長度類型，上層數據及CRC。

以太網不提供任何機制來確認收到的幀，所以以太網是一種被稱爲不可靠的媒體。mac幀的格式以下：

前同步碼	SFD	目的地址DA	源地址 SA	長度或類型	數據和填充	CRC
7字節	1字節	6字節	6字節	2字節		4字節

           物理層首部    SFD：幀首定界符，標誌（10101011）

前同步碼：802.3幀的第一個字段包含的是7個字節（56比特）交替出現的0和1，做用就是提醒接收系統有幀到來，而且使他的輸入定時同步。此樣式僅僅是爲了提供一個通知及定時的脈衝。這種56比特的樣式容許接收站錯過幀最前面的幾個比特。前同步碼其實是在物理層添加上去的，他並非（正式的）幀的一部分。

SFD（幀首定界符）：第二個字段（1字節：10101011）做爲幀開始的信號。SFD提醒接收站這是最後一次進行同步的機會。最後兩個比特是11，就是提醒接收方接下來的字段就是目的地址，SFD也是物理層添加的。

目的地址DA：有6個字節，包含的是目的站或者將要接收該分組的站的物理地址。

源地址SA：有6個字節，包含的是這個分組的發送設備的物理地址。

長度/類型：用於指明在數據字段中所包含的字節數目，這兩個使用方式目前都很常見。

數據：數據字段攜帶的是上層協議封裝的數據。他的最小長度是46字節，最大長度是1500字節。

CRC：最後一個字段包含的是差錯監測信息。

幀長度：以太網對幀的最小最大長度有嚴格的規定，以下圖所示：

目的地址	源地址	長度類型	數據和填充	CRC
6字節	6字節	2字節		4字節
最小幀長度51	2比特或者64	字節 最大幀長	度12144比特	或1518字節

限制幀的最小長度是爲了使CSMA/CD可以正確操做而要求的，一個以太網的幀最小須要512比特，或者64字節的長度，這個長度終有一部分是手部和尾部的長度，若是首尾部算做18字節，（6字節源地址，目的地址，2個字節的長度類型，和4個字節的CRC）那麼來自上層的數據的最小長度是64-18=46個字節，那麼就須要用填充來彌補。標準定義一個幀的最大長度（不算前同步碼）是1518個字節。如減去首部尾部的18個字節，最大有效載荷是1500各字節。（最小長度64字節，最大長度1518字節）

二、編址：以太網中的每個站（如pc工做站或者打印機）都與本身的網絡接口卡（NIC）

NIC一般安裝在站的內部，併爲該站提供一個6字節的物理地址。以太網的物理地址爲6個字節

（48比特）長，一般寫成16進制記法，而且用冒號將字節合字節分隔開。這個地址一般也被稱爲數據鏈路層地址，物理地址，MAC地址。

d1d2：d3d4：d5d6：d7d8：d9d10：d11d12

6字節=12個16進制數字=48比特

單播，多播和廣播地址：源地址始終是單播地址，由於任何幀只能來自於一個站。而目的地址則有可能多是單播，多播，或者廣播地址。若是目的地址的第一個字節的最低位是0那麼這個地址就是單播地址，反之則是多播地址。

 

●（0爲單播地址1爲多播地址）

                                                             字節1

地址字段中的第一個字節的最低位指明瞭該地址的類型。若是該比特是0就是單播地址，反之則爲多播地址。

單播地址僅制定了一個接受者，是一對一的關係，多播地址指定的是一組地址，一對多的關係。

廣播地址是多播地址的一種特殊模式，其中全部位都是1。

例：判斷目的地址的類型：a、4a：30：10：21：10：1a （a用2進製表示1010偶數）單播

                                   b、47：20：1b：2e：08：ee （7用二進制表示0111奇數）多播

                                   c、ff：ff：ff：ff：ff：ff   （全部數字都是f是廣播地址）

解：要找出一個地址的類型，咱們須要查看的是，左手第二個16進制數字。若是他是偶數那麼他就是單播地址，若是他是奇數那麼就是多播地址，若是全部數字搜視f那麼就是廣播地址。

發送方式：這些地址發送到線路上的方式與他們寫成16進制時的表示方式是不一樣的，在發送時從左到右逐字逐節的發送。可是對每個字節來講，最早發送的是最低位，最後發送的是最高位。也就是說指定地址是單播地址仍是多播地址的那一位會最早到達接收方。

例：描繪出地址47：20：1b：2e：08：ee是如何發送到線路上去的。

解：該地址是從左到右，逐字註解的發送，面對每一個字節來講又是從右到左，逐位發送，以下圖所示：

<-11100010 00000100 11011000 01110100 00010000 01110111

 

0	0000	9	1001
1	0001	A	1010
2	0010	B	1011
3	0011	C	1100
4	0100	D	1101
5	0101	E	1110
6	0110	F	1111
7	0111
8	1000

47：20：1b：2e：08：ee

 

01000111 00100000 00011011 00101110 00001000 11101110

反過來就是：

<-11100010 00000100 11011000 01110100 00010000 01110111

這個就是該地址發送到線路上的形式

三、以太網發展歷程：是由施樂公司與1976年建立的。自那之後發展了以下圖所示的四代，

	以太網的發展
標準以太網	快速以太網	吉比特以太網	10G以太網

四、標準以太網:802.3

數據率爲10Mpbs的早期以太網已經成爲歷史，可是咱們仍是討論一下，爲理解以太網其餘的幾個版本鋪路。

接入方法：CSMA/CD （帶碰撞檢測的載波偵聽多點接入）在傳統的以太網中，各站在物理上經過總線拓撲，或星型拓撲鏈接在一塊兒，可是在邏輯上的拓撲結構必定是總線的。這句話就是：全部站共享媒體（信道），而且一次只能由一個站使用這個媒體。這也表示，由某一個站發送的幀將被全部站接收（廣播方式）。只有真正的目的站才收下這個幀，而其餘站都會丟棄。在這種狀況下，咱們怎麼才能保證兩個站不會在同一時間使用媒體，若是兩個站同時使用媒體，它們發送的幀就會碰撞。爲了使發生碰撞的機會減至最小，並以次來提升性能，於是開發了CSMA/CD 方法。若是一個站在試圖佔用媒體以前先偵聽一下，發生碰撞的機會就會減少。載波偵聽多點接入，要求每一個站在發送以前先要對媒體進行偵聽（或者檢查媒體的狀態）。CSMA/CD 先聽後講，可以下降發生碰撞的可能性，但不能消除碰撞1（當某站發送了一個幀的時候，該幀的第一個比特到達全部站是須要時間的）。

最小幀長：要使CSMA/CD正常工做，咱們必須限制幀的長度。若是某次傳輸發生了故障，那麼正在發送數據的站必須在發送該幀的最後一比特以前放棄本次傳輸，應爲一旦整個幀都發送出去，那麼該站將不會保留幀的副本，同時也不會檢測是否發生了碰撞。所以只見幀的傳輸時間T1必須至少是作大傳播時間T2的2倍。

例：在標準以太網中，若是最大傳播時間是25.6us，那麼幀的最小長度是多少？

解：幀的傳送時間t1=2*t1=25.6*2=51.2us。也就是說，以最壞的狀況下，一個站須要通過長達51.2us的傳輸時間才能檢測到碰撞，所以這個幀的最小長度是：10Mpbs*51.2=512比特（64字節），這個實際上就是幀的最小長度。

處理過程：一個站的傳送和接收是連續的且並行的（使用兩個不一樣的端口）。咱們用一個循環來表示傳輸是連續的過程。

實現：標準以太網定義了多種實現方式，可是其中只有四種方式流行過一段時間。對於10Base-x這個命名來講，第一個數字指定了數據率（10Mbps），術語base表明基帶（數字）信號，而x則指明瞭，此纜線以100米爲單位的最大約等於長度（5表明500米，2表示185米）或者表示了此纜線的類型。T表示無屏蔽雙絞線（UTP），而F表示光纜。

特性	10Base5	10Base2	10Base-T	10Base-F
媒體	粗同軸電纜	細同軸電纜	2對線UTP	2芯光纜
最大長度	500m	185m	100m	2000m

五、快速以太網：802.3u（100Mpbs）

●標準與以太網兼容

●48比特（6字節）的地址不變

●保持相同的幀格式不變

●保持相同的最小幀，最大幀不變

MAC子層：在以太網從10Mpbs發展到100Mpbs的過程當中，最重要考慮的是原封不動的保留MAC子層。不過他仍是放棄了總線拓撲結構僅保留了星型拓撲結構。對於星星拓撲，能夠有半雙工，全雙工，兩種選擇。半雙工方式下，全部站都經過一個集線器鏈接。全雙工模式下，鏈接是經過交換機實現的，且交換機的每一個接口都有緩存。

對於半雙工的方式來講，接入方法保持不變（CSMA/CD），單全雙工快速以太網就再也不須要（CSMA/CD）。不過，爲了向下兼容標準以太網，在實現上任然保留了（CSMA/CD）。

自動協商：快速以太網新增了一個自動協商特性。它容許一個站或者一個集線器具備更加普遍的功能。自動協商容許，兩個設備對操做模式或數據率進行協商。

⑴容許不兼容的設備互相鏈接。

⑵容許一個設備具備多種能力。

⑶容許一個站檢查集線器的能力。

實現：快速以太網在物理層的實現可劃分爲二線和四線兩大類。二線可使用屏蔽雙絞線（STP）（100Base-TX）或光纜（100Base-FX）。四線的實現的設計只能使用非屏蔽雙絞線（UTP）（100Base-T4）。

注意：雙絞線可分爲非屏蔽雙絞線(UTP：Unshilded Twisted Pair)和屏蔽雙絞線(STP：Shielded Twisted Pair)兩種類型。在物理結構上，屏蔽雙絞線比非屏蔽雙絞線多了全屏蔽層和/或線對屏蔽層，經過屏蔽的方式，減小了衰減和噪音，從而提供了更加潔淨的電子信號，和更長的電纜長度，可是屏蔽雙絞線價格更加昂貴，重量更重而且不易安裝。

 

特性	100Base-TX	100Base-FX	100Base-T4
媒體	STP	光纜	UTP
線數	2	2	4
最大長度	100m	100m	100m

六、吉比特以太網：802.3z（1000Mpbs）

●標準與標準以太網和快速以太網兼容

●使用相同的48爲地址

●幀格式相同

●幀最小大，不變

●支持快速以太網中的自動協商功能

MAC子層：

在以太網發展過程當中一個最主要的考慮就是要原封不動的保留mac子層，可是爲了達到1Gpbs的數據率，這個要求不太可能實現。吉比特網有兩種大相徑庭的接入方式：半雙工和全雙工。幾乎全部吉比特以太網都是使用全雙工方式實現的，在全雙工模式下，有一箇中央交換機鏈接到全部計算機和其餘交換機。這種模式下的每臺交換機上的每一個端口都具備緩存，數據會保存在這裏直至被髮送出去。在這種模式不存在碰撞，也就是說CSMA/CD沒有用武之地。沒有碰撞還意味着電纜的最大長度是由電纜中的信號衰減來決定的，而不是有碰撞檢測過程來決定的。（在全雙工模式下的吉比特網中不存在碰撞，電纜的最大長度是由電纜中的網絡信號衰減來決定的）半雙工模式：這種狀況下，可使用集線器來替代交換機，它的做用就好像是普通電纜同樣，還有可能發生碰撞，半雙工模式使用CSMA/CD。不過，正如咱們前面所說，這種方式下網絡的最大長度徹底取決於真的最小長度。已經定義的解決方案有三縱，傳統的，載波擴充，幀突發。

傳統的：幀最小512比特，64字節。可是因爲在吉比特以太網中一個比特的長度只有10Mpbs以太網中的一個比特長度的1/100，所以這種網絡的最大長度就是25m。

載波擴充：爲了使網絡更加的長，咱們也要增長最小幀長的值。載波擴充定義幀的最小長度512字節（4096比特）。也就是說最小幀長是原來的8倍。這種方法迫使各個站爲全部小於4096比特的的幀附加擴充位（填充）。使用這種方法，可使網絡長度延長8倍，達到200米。這就使得集線器到達各站的距離能夠達到100米。

幀突發：欺騙其它站，使他們相信發送過來的是一個很是大的幀。

七、10G以太網：

IEEE創建了10G以太網，併成爲標準802.3ae。（10Gpbs/s）

●標準與標準以太網和快速以太網，和吉比特網兼容

●使用相同的48爲地址

●幀格式相同

●幀最小大，不變

●容許現有的局域網可以接入到城域網（man）或者廣域網。

實現：10G以太網，只能以全雙工的方式操做，也就是說再也不須要競爭。