以太网基础——笔记
目錄
以太網定義：
1）沖突域：
2）廣播域：
一、CSMA/CD（載波監聽多路訪問技術/沖突檢測）
工作原理：
在LAN中發生沖突將發生如下情況：
二、半雙工和全雙工以太網
半雙工：
全雙工：
運行在全雙工模式的條件：
三、以太網的數據鏈路層
1）以太網編制：
2）以太網幀
以太網定義：
以太網是一種基于爭用的介質訪問方法，讓網絡中的所有主機共享鏈路帶寬。
以太網使用了數據鏈路層規范和物理層規范
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1）沖突域：
網段上一臺設備發送幀時，該網段的其他設備都必須偵聽。同一網段的兩臺設備同時傳輸數據時將引發沖突，導致所有設備都必須重傳
沖突：是指多臺設備的數字信號在線路上相互干擾
2）廣播域：
指網段中的一組設備，偵聽該網段上發送的所有廣播
廣播域的邊界通常為交換機或路由器等物理介質，但廣播域也可能為一個邏輯網段
注：規劃網絡時，首要目的是不要讓廣播域范圍過大
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一、CSMA/CD（載波監聽多路訪問技術/沖突檢測）
這是一種幫助設備共享帶寬的協議，可避免兩臺是設備同時在網絡介質上傳輸數據。
工作原理：
1.主機首先檢測線路上是否有數字信號。如果沒有其他主機傳輸數據，該主機將開始傳輸數據
2.傳輸方持續監測線路，確保其他主機沒有傳輸數據；如果檢測到線路上有其他信號，傳輸主機將發送擴展的擁堵信號（jam signal），這將導致網段上所有節點都不再發送數據
3.檢測到擁堵信號后，其他節點將等待一段時間后再嘗試傳輸。當發生沖突時，后退算法決定了發生沖突的主機經過多久后才能重新傳輸（如果超過15次嘗試都導致沖突，該節點會超時）
可簡單描述為：先聽后發，邊聽邊發，沖突停止，隨機重發
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在LAN中發生沖突將發生如下情況：
1.擁堵信號告訴所有設備發生沖突
2.同時激活隨即后退算法
3.以太網中所有設備都暫停傳輸，知道后退定時器到期
4.定時器到期后，所有主機優先級均相同
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后退：在以太網中，是指沖突導致的重傳延遲
二、半雙工和全雙工以太網
半雙工：
允許數據在兩個方向上傳輸,在同一時間只可以有一方接受或發送信息，可以實現雙向通信,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：
數據同時在兩個方向上傳輸,在同一時間可以同時接受和發送信息；全雙工通信是兩個單工通信方式的結合,它要求發送設備和接收設備都有獨立的接收和發送能力；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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半雙工以太網只有一個沖突域，而在全雙工以太網中，每個端口對應一個沖突域，所以有效吞吐量更高
全雙工以太網端口通電后，首先與連接的以太網鏈路另一端協商，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，不會發生沖突
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三、以太網的數據鏈路層
在數據鏈路層中，以太網負責以太網編址（硬件編址/MAC地址）。且以太網還負責將來自網絡層的分組封裝成幀，為使用基于爭用的以太網介質訪問方法在本地網絡中進行傳輸做好準備
1）以太網編制：
使用固化在以太網網卡（NIC）中的介質訪問控制（MAC）地址。MAC地址長48位（6字節），采用16進制格式
組織唯一標識符（OUI）由IEEE分配給組織，包含24位（3字節）；組織給生產的每一個網卡都分配一個唯一的全局管理地址，長24位（3字節）。
I/G：最高位為Individual/Group位；如果值為0，可認為相應的地址為某臺設備的MAC地址，可出現在MAC報頭的源地址部分；如果值為1，可認為相應的地址為以太網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，表示對應的地址為全局管理地址，由IEEE分配；如果為1，表示相應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16777216個網卡
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2）以太網幀
數據鏈路層負責將比特合并成字節，再將字節封裝成幀。使用幀封裝來自網絡層的分組，以便通過特定類型的介質進行傳輸
| 前導碼（7字節） | SFD（1字節） | 目標地址（6字節） | 源地址 （6字節） | 類型（2字節） | 數據和填充（46~1500字節） | FCS（4字節） |
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在傳遞過程中使用循環冗余校驗（CRC），提供錯誤檢測功能（僅為檢錯，并非糾錯）
前導碼：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，進而同步檢測到數據開頭
目標地址（DA）：LSB（最低優先位）優先；接收方根據DA判斷到來的分組是否發送給特定節點，目標地址可為單播地址、廣播地址或組播地址
源地址（SA）：用于標識傳輸設備，也使用LSB優先格式，不能包含廣播地址或組播地址
類型：802.3幀使用長度，不能標識上層協議，只能專用于LAN
數據：網絡層傳遞給數據鏈路層的分組，長度為46~1500位
幀校驗序列（FCS）：位于幀尾，用于存儲循環冗余校驗（CRC）結果。接受主機在收到幀后運行CRC，結果必須相同，否則將認為發生錯誤并將幀丟棄
CRC是一種數學算法，創建每個幀都將運行。
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總結
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