網(wǎng)絡(luò)工程師考試中以太網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)匯總

以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層次

      以太網(wǎng)采用無源的介質(zhì)，按廣播方式傳播信息。它規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的接口以及數(shù)據(jù)鏈路層與更高層的接口。

物理層

      物理層規(guī)定了以太網(wǎng)的基本物理屬性，如數(shù)據(jù)編碼、時(shí)標(biāo)、電頻等。

      物理層位于OSI參考模型的最底層，它直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻襟w（即通信通道），物理層的傳輸單位為比特（bit），即一個(gè)二進(jìn)制位（“0”或“1”）。實(shí)際的比特傳輸必須依賴于傳輸設(shè)備和物理媒體，但是，物理層不是指具體的物理設(shè)備，也不是指信號(hào)傳輸?shù)奈锢砻襟w，而是指在物理媒體之上為上一層（數(shù)據(jù)鏈路層）提供一個(gè)傳輸原始比特流的物理連接。

數(shù)據(jù)鏈路層

      數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)的目的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層。

      由于以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層是相關(guān)的，針對(duì)物理層的不同工作模式，需要提供特定的數(shù)據(jù)鏈路層來訪問。這給設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來了一些不便。

      為此，一些組織和廠家提出把數(shù)據(jù)鏈路層再進(jìn)行分層，分為媒體接入控制子層（MAC）和邏輯鏈路控制子層（LLC）。這樣不同的物理層對(duì)應(yīng)不同的MAC子層，LLC子層則可以完全獨(dú)立。

1.2  以太網(wǎng)的線纜標(biāo)準(zhǔn)

      從以太網(wǎng)誕生到目前為止，成熟應(yīng)用的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種：

      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

      在這些標(biāo)準(zhǔn)中，前面的10、100、1000、10G分別代表運(yùn)行速率，中間的BASE指?jìng)鬏數(shù)男盘?hào)是基帶方式。

1.3 CSMA/CD

CSMA/CD的概念

      根據(jù)以太網(wǎng)的最初設(shè)計(jì)目標(biāo)，計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備是通過一條共享的物理線路連接起來的。這樣被連接的計(jì)算機(jī)和數(shù)字設(shè)備必須采用一種半雙工的方式來訪問該物理線路，而且還必須有一種沖突檢測(cè)和避免的機(jī)制，以避免多個(gè)設(shè)備在同一時(shí)刻搶占線路的情況，這種機(jī)制就是所謂的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）。

CSMA/CD的工作過程

      如果線路空閑則發(fā)送數(shù)據(jù)。

      如果線路不空閑則一直等待。

      終端設(shè)備不停的檢測(cè)共享線路的狀態(tài)。

      如果有另外一個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，兩個(gè)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)必然產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致線路上的信號(hào)不穩(wěn)定。

      終端設(shè)備檢測(cè)到這種不穩(wěn)定之后，馬上停止發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。

      終端設(shè)備發(fā)送一連串干擾脈沖，然后等待一段時(shí)間之后再進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)。

      發(fā)送干擾脈沖的目的是為了通知其他設(shè)備，特別是跟自己在同一個(gè)時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，線路上已經(jīng)產(chǎn)生了沖突。

      檢測(cè)到?jīng)_突后等待的時(shí)間是隨機(jī)的。

1.4  最小幀長(zhǎng)

      由于CSMA/CD算法的限制，以太網(wǎng)幀必須不能小于某個(gè)最小長(zhǎng)度。以太網(wǎng)中，最小幀長(zhǎng)為64字節(jié)，這是由最大傳輸距離和沖突檢測(cè)機(jī)制共同決定的。

      規(guī)定最小幀長(zhǎng)是為了避免這種情況發(fā)生：A站點(diǎn)已經(jīng)將一個(gè)數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)Bit發(fā)送完畢，但這個(gè)報(bào)文的第一個(gè)Bit還沒有傳送到距離很遠(yuǎn)的B站點(diǎn)。B站點(diǎn)認(rèn)為線路空閑繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致沖突。

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