以 太 網(wǎng) 基 礎(chǔ)
一、概 述
通常我們所說的以太網(wǎng)主要是指以下三種不同的局域網(wǎng)技術(shù)：
以太網(wǎng)/IEEE 802.3—采用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體，傳輸速率達到10Mbps；
100Mbps以太網(wǎng)—又稱為快速以太網(wǎng)，采用雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)媒體，傳輸速率達到100Mbps；
1000Mbps以太網(wǎng)—又稱為千兆以太網(wǎng)，采用光纜或雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)媒體，傳輸速率達到1000Mbps（1Gbps）
以太網(wǎng)以其高度靈活，相對簡單，易于實現(xiàn)的特點，成為當今最重要的一種局域網(wǎng)建網(wǎng)技術(shù)。雖然其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也曾經(jīng)被認為可以取代以太網(wǎng)的地位，但是絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)管理人員仍然把將以太網(wǎng)作為首選的網(wǎng)絡(luò)解決方案。為了使以太網(wǎng)更加完善，解決所面臨的各種問題和局限，一些業(yè)界主導(dǎo)廠商和標準制定組織不斷的對以太網(wǎng)規(guī)范做出修訂和改進。也許，有的人會認為以太網(wǎng)的擴展性能相對較差，但是以太網(wǎng)所采用的傳輸機制仍然是目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾A(chǔ)。
二、以太網(wǎng)工作原理
以太網(wǎng)是由Xeros公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體，采用載波多路訪問和碰撞檢測（CSMA/CD）機制，數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Mbps。雖然以太網(wǎng)是由Xeros公司早在70年代最先研制成功，但是如今以太網(wǎng)一詞更多的被用來指各種采用CSMA/CD技術(shù)的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)被設(shè)計用來滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而IEEE 802.3規(guī)范則是基于最初的以太網(wǎng)技術(shù)于1980年制定。以太網(wǎng)版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel、和Xeros三家公司聯(lián)合開發(fā)，與IEEE 802.3規(guī)范相互兼容。
太網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：
以太網(wǎng)/IEEE 802.3通常使用專門的網(wǎng)絡(luò)接口卡或通過系統(tǒng)主電路板上的電路實現(xiàn)。以太網(wǎng)使用收發(fā)器與網(wǎng)絡(luò)媒體進行連接。收發(fā)器可以完成多種物理層功能，其中包括對網(wǎng)絡(luò)碰撞進行檢測。收發(fā)器可以作為獨立的設(shè)備通過電纜與終端站連接，也可以直接被集成到終端站的網(wǎng)卡當中。
以太網(wǎng)采用廣播機制，所有與網(wǎng)絡(luò)連接的工作站都可以看到網(wǎng)絡(luò)上傳遞的數(shù)據(jù)。通過查看包含在幀中的目標地址，確定是否進行接收或放棄。如果證明數(shù)據(jù)確實是發(fā)給自己的，工作站將會接收數(shù)據(jù)并傳遞給高層協(xié)議進行處理。
以太網(wǎng)采用CSMA/CD媒體訪問機制，任何工作站都可以在任何時間訪問網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，工作站首先需要偵聽網(wǎng)絡(luò)是否空閑，如果網(wǎng)絡(luò)上沒有任何數(shù)據(jù)傳送，工作站就會把所要發(fā)送的信息投放到網(wǎng)絡(luò)當中。否則，工作站只能等待網(wǎng)絡(luò)下一次出現(xiàn)空閑的時候再進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。
作為一種基于競爭機制的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以太網(wǎng)允許任何一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)空閑時發(fā)送信息。因為沒有任何集中式的管理措施，所以非常有可能出現(xiàn)多臺工作站同時檢測到網(wǎng)絡(luò)處于空閑狀態(tài)，進而同時向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的情況。這時，發(fā)出的信息會相互碰撞而導(dǎo)致?lián)p壞。工作站必須等待一段時間之后，重新發(fā)送數(shù)據(jù)。補償算法用來決定發(fā)生碰撞后，工作站應(yīng)當在何時重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
三、以太網(wǎng)與IEEE 802.3的區(qū)別
雖然以太網(wǎng)和IEEE 802.3在很多方面都非常相似，但是兩種規(guī)范之間仍然存在著一定的區(qū)別。以太網(wǎng)所提供的服務(wù)主要對應(yīng)于OSI參考模型的第一和第二層，即物理層和邏輯鏈路層；而IEEE 802.3則主要是對物理層和邏輯鏈路層的通道訪問部分進行了規(guī)定。此外，IEEE 802.3沒有定義任何邏輯鏈路控制協(xié)議，但是指定了多種不同的物理層，而以太網(wǎng)只提供了一種物理層協(xié)議。
以太網(wǎng)和IEEE 802.3與OSI參照模型的對應(yīng)關(guān)系如下：
每一種IEEE 802.3物理層規(guī)范的名稱都是由三部分組成，概括了協(xié)議的主要特性，分別代表局域網(wǎng)的速度，信號方法，和物理媒體類型。具體協(xié)議命名機制如下圖所示：
我們在下表中對以太網(wǎng)和IEEE 802.3之間的區(qū)別以及不同IEEE 802.3物理層協(xié)議之間的區(qū)別進行了總結(jié)和對比，提供給大家參考。
四、以太網(wǎng)/IEEE 802.3幀的結(jié)構(gòu)
下圖所示為以太網(wǎng)/IEEE 802.3幀的基本組成。
如圖所示，以太網(wǎng)和IEEE 802.3幀的基本結(jié)構(gòu)如下：
前導(dǎo)碼：由0、1間隔代碼組成，可以通知目標站作好接收準備。IEEE 802.3幀的前導(dǎo)碼占用7個字節(jié)，緊隨其后的是長度為1個字節(jié)的幀首定界符（SOF）。以太網(wǎng)幀把SOF包含在了前導(dǎo)碼當中，因此，前導(dǎo)碼的長度擴大為8個字節(jié)。
幀首定界符（SOF）：IEEE 802.3幀中的定界字節(jié)，以兩個連續(xù)的代碼1結(jié)尾，表示一幀實際開始。
目標和源地址：表示發(fā)送和接收幀的工作站的地址，各占據(jù)6個字節(jié)。其中，目標地址可以是單址，也可以是多點傳送或廣播地址。
類型（以太網(wǎng)）：占用2個字節(jié)，指定接收數(shù)據(jù)的高層協(xié)議。
長度（IEEE 802.3）：表示緊隨其后的以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)段的長度。
數(shù)據(jù)（以太網(wǎng)）：在經(jīng)過物理層和邏輯鏈路層的處理之后，包含在幀中的數(shù)據(jù)將被傳遞給在類型段中指定的高層協(xié)議。雖然以太網(wǎng)版本2中并沒有明確作出補齊規(guī)定，但是以太網(wǎng)幀中數(shù)據(jù)段的長度最小應(yīng)當不低于46個字節(jié)。
數(shù)據(jù)（IEEE 802.3）：IEEE 802.3幀在數(shù)據(jù)段中對接收數(shù)據(jù)的上層協(xié)議進行規(guī)定。如果數(shù)據(jù)段長度過小，使幀的總長度無法達到64個字節(jié)的最小值，那么相應(yīng)軟件將會自動填充數(shù)據(jù)段，以確保整個幀的長度不低于64個字節(jié)。
幀校驗序列（FSC）：該序列包含長度為4個字節(jié)的循環(huán)冗余校驗值（CRC），由發(fā)送設(shè)備計算產(chǎn)生，在接收方被重新計算以確定幀在傳送過程中是否被損壞。
