网络工程师考试中以太网的基础知识汇总

以太网基础知识

1.1 以太网的网络层次

      以太网采用无源的介质，按广播方式传播信息。它规定了物理层和数据链路层协议，规定了物理层和数据链路层的接口以及数据链路层与更高层的接口。

物理层

      物理层规定了以太网的基本物理属性，如数据编码、时标、电频等。

      物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即通信通道），物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（“0”或“1”）。实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体，但是，物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，而是指在物理媒体之上为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。

数据链路层

      数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源设备网络层转发过来的数据可靠地传输到相邻节点的目的设备网络层。

      由于以太网的物理层和数据链路层是相关的，针对物理层的不同工作模式，需要提供特定的数据链路层来访问。这给设计和应用带来了一些不便。

      为此，一些组织和厂家提出把数据链路层再进行分层，分为媒体接入控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）。这样不同的物理层对应不同的MAC子层，LLC子层则可以完全独立。

1.2  以太网的线缆标准

      从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：

      10BASE-2

      10BASE-5

      10BASE-T

      10BASE-F

      100BASE-T4

      100BASE-TX

      100BASE-FX

      1000BASE-SX

      1000BASE-LX

      1000BASE-TX

      10GBASE-T

      10GBASE-LR

      10GBASE-SR

      在这些标准中，前面的10、100、1000、10G分别代表运行速率，中间的BASE指传输的信号是基带方式。

1.3 CSMA/CD

CSMA/CD的概念

      根据以太网的最初设计目标，计算机和其他数字设备是通过一条共享的物理线路连接起来的。这样被连接的计算机和数字设备必须采用一种半双工的方式来访问该物理线路，而且还必须有一种冲突检测和避免的机制，以避免多个设备在同一时刻抢占线路的情况，这种机制就是所谓的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）。

CSMA/CD的工作过程

      如果线路空闲则发送数据。

      如果线路不空闲则一直等待。

      终端设备不停的检测共享线路的状态。

      如果有另外一个设备同时发送数据，两个设备发送的数据必然产生冲突，导致线路上的信号不稳定。

      终端设备检测到这种不稳定之后，马上停止发送自己的数据。

      终端设备发送一连串干扰脉冲，然后等待一段时间之后再进行发送数据。

      发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备，特别是跟自己在同一个时刻发送数据的设备，线路上已经产生了冲突。

      检测到冲突后等待的时间是随机的。

1.4  最小帧长

      由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须不能小于某个最小长度。以太网中，最小帧长为64字节，这是由最大传输距离和冲突检测机制共同决定的。

      规定最小帧长是为了避免这种情况发生：A站点已经将一个数据包的最后一个Bit发送完毕，但这个报文的第一个Bit还没有传送到距离很远的B站点。B站点认为线路空闲继续发送数据，导致冲突。

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