以太网

以太网的结构、以太网的MAC、以太网的发展、以太网的地址、以太网的帧结构。

 

首先来看以太网的结构。总线结构：以太机器发送数据其他的机器只能被动的接收。大家看到的以太网通常是星形的结构，中间有一个hub，这些主机通过hub进行通信，现在我们看到的这种总线图更多的是一种逻辑结构，而不是物理结构。在以太网里虽然放上了一个Hub，整个的网络的物理结构是星形的，但是逻辑结构仍然是总线结构。

物理结构中间有一个hub构成的核心。但是这两种结构，物理结构和逻辑结构仅仅适用于传统以太网，并不适用于交换以太网，有关以太交换的内容是以太网中比较重要的知识。

MAC方法：Mac解决的是介质访问控制的问题，也就是当多台计算机共享同一个链路的时候，发送数据先后的问题，像这样的介质访问是由Mac控制的。以太网络的MAC方法简称叫做CSMA/CD（CS载波监听、MA多路访问、CD冲突检测），CSMA/CD描述了基本的以太网控制信道的方法。数据发送，两种信号在同一种介质上的叠加不等于原来的任何一种，于是数据被破坏掉了，传统的以太网卡会边发边听，检测发出去的东西和听到的东西是否一致，如果一致则继续发送，如果不一致就是产生了冲突，产生冲突时立刻停止，并且发送一些干扰信号使另一台与本机产生冲突的机器更快的感知到冲突的发生尽快作废当前的传输，传输拥塞信号，等待一个任意的时间间隔。如此循环。以太的MAC方法可以用十六个字概括：先听后发，边发边听，冲突退回，延迟重发。这里讲的是传统的以太网络。

其他网络的MAC方法：

比如说在令牌环网络里，所有的主机构成了一个环状的网络，介质同样是共享的，在这种情况下，采用TOKEN PASS方法，令牌是一个简单的数据帧，这个数据帧是能够发送数据的权限标识，网上只有唯一的令牌，得到令牌的主机才能发送数据。

不同的承载方式介质的共享方法很多，比如无线局域网中用的是CSMA/CA，CA与CD是不同的，CD是有了冲突去检测，CA是提前避免，collision avoidance。还有POLLING，就是在网络中有一个主控制机器负责MAC使用的控制。

传统以太网络

技术规范

速率Mbit/s

通信类型

拓扑结构

通信介质

最大线缆长度（米）

10Base2

10

基带

总线

细缆

200（185）

10Base5

10

基带

总线

粗缆

500

10BaseT

10

基带

星形

UTP

100

T是twisted pair的缩写。

最大线缆是指由主机到hub集线器之间的线缆长度是X米。这三种标准的速率都是10M。我们把它叫做传统以太网络。以太网络的发展验证了这种网络方式的生命力，更多的资金更多的人员参与到以太网的建设中来，在95年投入的以太网络叫做FAST 以太网，快速以太网，从10M的速率提高到了100M。传统以太网的两个问题是仅有10M的带宽和同期的IBM的令牌环网16M SPDI 100M，所以传统以太网在带宽上不占优势，第二传统以太网有冲突，它是基于争抢的介质的访问，争抢本身造成了冲突，浪费了带宽，所以我们说传统以太网最重要的两个缺点就是速率不高和争抢造成了带宽利用率低。这两个问题在九十年代中期都得到了解决。快速以太网解决了速率低的问题，从10M提高到了100M并且成本没有显著的增加。在解决传统以太网冲突多的问题上是靠交换，在九十年代中期交换机广泛的在市场上流行，交换以太解决了传统以太的冲突问题，在全交换的以太网上可以说完全没有冲突，链接的设备全是交换机而没有集线器，那么整个网络是全交换的，全无冲突的。以太占了局域网市场90%以上的份额。

快速以太网络

快速以太网技术

传输介质

100BaseT4

4对3-5类UTP

100BaseTX

2对5类UTP或STP

100BaseFX

MMF

千兆以太网

千兆以太网技术 传输介质

1000BaseSX

62.5 m波长为850nm（1nm= m）的短波多模光纤；50 m波长为850nm（1nm= m）的短波多模光纤；

1000BaseLX

62.5 m或50 m波长为1300nm（1nm= m）的长波多模光纤；10 m波长1300nm的长波单模光纤

1000BaseCX

STP（25m通常只能用在机架间，比如机架间两个交换机）

1000BaseT

5类（或更高）UTP，与10Mbit/s和100Mbit/s以太网兼容（100m 从主机到交换机或者hub之间可以有100m）


以太网络的地址（MAC地址）

48位的二进制数

分为厂商号和序列号部分

属于全球地址（Global Address）

MAC地址前24位为厂商号，是由IEEE分配的，如果一个厂商想要生产一个网卡，为了保证网卡的地址不重复，要先和IEEE申请分配一个唯一的厂商号，然后在厂商生产网卡的时候用后24位为序列号保证厂商自己生产的网卡也是不重复的，如果大家都遵循这种规范，以太网卡在全球范围内就是唯一的，所以我们把这种地址叫做Global Address ，与此对应的在后面的帧中继网络的时候，会提到本地地址 Local Address 这个地址是有重复的是有本地意义的。

以太网的帧结构

由于以太网历史比较长，所以它的帧结构并不是唯一的，我们在讲协议分析的时候最多会提到四种以太网的帧结构，这里只是综述，所以我们拿出以太2标准来看一些以太帧结构。

Ethernet II

8

6

6

2

46-1500

4

前导码

目的地址

源地址

类型

数据

校验码

前导码八个字节，帧起始标志，通过这八个字节使得对方主机辨别出一个帧开始了，在帧头有地址信息和控制信息。地址信息主要有两个字段，分别占六个字节，目的地址和源地址都是以太的48bit的MAC地址，也就是从哪里来的以太帧、要往哪里去，目的的MAC地址和源MAC地址，类型表明的是以太帧里面封装的高层的数据结构，这种结构是网络层的，因为以太本身是一种数据链路层技术，有可能里面封的是一个IP的数据包，有可能里面封的是一个ARP的数据包，等等。如果是IP的数据包那么在类型里面装的是16进制的0800，如果是其他的数据包的话，在类型字段也会给出区分。下面就是上层的数据，这个数据部分可能是IP数据包，可以是ARP数据包等等。再往下有校验码，对整个的以太帧的CRC的校验，便于对方主机检验在传输过程中这个以太帧是否发生过错误，这就是整个以太2帧的帧结构。