《数据通信与网络》笔记--有线局域网：以太网

以太网的分类

以太网已经经历了四代的发展：

标准以太网

EEE在名为802.3下创造了标准以太网

帧格式

前导符：1和0交替，通知接受系统有帧的到来并使其与输入的时钟同步，他是在物理层上加上去的，不属于帧的一部分。

SFD：起始帧分界符，通知接收方下一个字段是目的地址。

目的地址：目的端的物理地址。

源地址：源端的物理地址。

长度/类型：定义使用帧的上层协议，或者作为长度字段来定义数据字段的字节数。

数据：封装的数据。

CRC：差错检测信息。

帧的长度

据RFC894的说明，以太网封装IP数据包的最大长度是1500字节，也就是说以太网最大帧长应该是以太网首部加上1500，再加上7字节的前导同步码和1字节的帧开始定界符，具体就是：7字节前导同步吗＋1字节帧开始定界符＋6字节的目的MAC＋6字节的源MAC＋2字节的帧类型＋1500＋4字节的FCS。

按照上述，最大帧应该是1526字节，但是实际上我们抓包得到的最大帧是1514字节，为什么不是1526字节呢？原因是当数据帧到达网卡时，在物理层上网卡要先去掉前导同步码和帧开始定界符，然后对帧进行CRC检验，如果帧校验和错，就丢弃此帧。如果校验和正确，就判断帧的目的硬件地址是否符合自己的接收条件（目的地址是自己的物理硬件地址、广播地址、可接收的多播硬件地址等），如果符合，就将帧交“设备驱动程序”做进一步处理。这时我们的抓包软件才能抓到数据，因此，抓包软件抓到的是去掉前导同步码、帧开始分界符、FCS之外的数据，其最大值是6＋6＋2＋1500＝1514。

以太网规定，以太网帧数据域部分最小为46字节，也就是以太网帧最小是7 + 1 + 6＋6＋2＋46＋4＝72。除去前导同步码、帧开始分界符、FCS，因此，抓包时就是60字节。当数据字段的长度小于46字节时，MAC子层就会在数据字段的后面填充以满足帧长不小于72字节。由于填充数据是由MAC子层负责，也就是设备驱动程序。

由于填充数据是由MAC子层负责，也就是设备驱动程序。不同的抓包程序和设备驱动程序所处的优先层次可能不同，抓包程序的优先级可能比设备驱动程序更高，也就是说，我们的抓包程序可能在设备驱动程序还没有填充不到64字节帧的时候，已经捕获了数据。因此不同的抓包工具抓到的数据帧的大小可能不同。（比如，wireshark抓到的可能没有填充数据段，而sniffer抓到的就有填充数据段）

寻址

以太网中使用网卡提供的一个6字节物理地址，通常使用十六进制表示法表示。

例如：06:01:02:01:2C：4B

单播地址，多播地址和广播地址

源地址永远是一个单播地址（因为帧只有来自一个站点），目的地址可以是单播地址，也可以是多播地址，还可以是广播地址。
如果目的地址字段的第一个字节的最低位是0，那么这个地址是单播地址，否则是多播地址。
广播地址是多播地址的一个特例，接受放是整个局域网中的所有站点，一个广播目的地址48为都是1，即FF:FF:FF:FF:FF:FF
在网络层的IP地址中也有单播，多播和广播地址，和这边的有什么关联吗？有。其实网络层的IP地址都要映射到数据链路层的地址后再发送出去的，具体如何映射会在以后进行说明。

访问方法

标准以太网使用CSMA/CD方法进行访问。关于CSMA/CD之前写过一篇文章：/article/1386683.html

物理层的实现

标准的变化

快速以太网

IEEE在名为802.3u下创造了快速以太网，快速以太网向下兼容标准以太网，但是他的传输速度是100Mbps，快速以太网的目标是：
1.将数据速度升级到100Mbps。
2.使它能与标准以太网兼容。
3.保留48位地址。
4.保留相同的帧格式。
5.保留帧长度的最大值和最小值。

mac子层

快速以太网中放弃了总线拓扑而只保留星型拓扑。在星型拓扑中，有半双工和全双工。在半双工中使用集线器连接， 在全双工中，使用交换机连接。
半双工访问方法是CSMA/CD，全双工中，CSMA/CD是不必要的，到那时还是保留了CSMA/CD，以便和标准以太网兼容。

自动协商

快速以太网增加了一个新的特性就是自动协商，他允许2个设备协商他们的运行模式和传输速度。

物理层实现

千兆以太网

IEEE在名为802.3z下创造了千兆以太网，千兆以太网的设计目标如下：
1.将数据速率升级到1千兆
2.使其与标准以太网或快速以太网相兼容
3.使用相同的48位地址。
4.使用相同的帧格式。
5.保留帧长度的最大值和最小值。
6.支持快速以太网中定义的自动协商。

工作模式

全双工和半双工（很少用到）

物理层实现

10千兆以太网

EEE在名为802.3ae下创造了千兆以太网，千兆以太网的设计目标如下：
1.数据速率升级到10Gbps
2.使其与标准以太网，快速以太网和千兆以太网兼容

3.使用相同的48位地址。
4.使用相同的帧格式。

5.保留帧长度的最大值和最小值。
6.允许将现有的局域网与城域网或广域网相互连接
7.使得以太网与诸如帧中继和ATM等的技术相兼容。

工作模式

只能工作在全双工模式下

物理层实现