以太網基礎知識

1.1 以太網的網絡層次

      以太網采用無源的介質，按廣播方式傳播信息。它規定了物理層和數據鏈路層協議，規定了物理層和數據鏈路層的接口以及數據鏈路層與更高層的接口。

物理層

      物理層規定了以太網的基本物理屬性，如數據編碼、時標、電頻等。

      物理層位于OSI參考模型的最底層，它直接面向實際承擔數據傳輸的物理媒體（即通信通道），物理層的傳輸單位為比特（bit），即一個二進制位（“0”或“1”）。實際的比特傳輸必須依賴于傳輸設備和物理媒體，但是，物理層不是指具體的物理設備，也不是指信號傳輸的物理媒體，而是指在物理媒體之上為上一層（數據鏈路層）提供一個傳輸原始比特流的物理連接。

數據鏈路層

      數據鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介于物理層和網絡層之間。數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網絡層提供服務，其最基本的服務是將源設備網絡層轉發過來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目的設備網絡層。

      由于以太網的物理層和數據鏈路層是相關的，針對物理層的不同工作模式，需要提供特定的數據鏈路層來訪問。這給設計和應用帶來了一些不便。

      為此，一些組織和廠家提出把數據鏈路層再進行分層，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應不同的MAC子層，LLC子層則可以完全獨立。

1.2  以太網的線纜標準

      從以太網誕生到目前為止，成熟應用的以太網物理層標準主要有以下幾種：

      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

      在這些標準中，前面的10、100、1000、10G分別代表運行速率，中間的BASE指傳輸的信號是基帶方式。

1.3 CSMA/CD

CSMA/CD的概念

      根據以太網的最初設計目標，計算機和其他數字設備是通過一條共享的物理線路連接起來的。這樣被連接的計算機和數字設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和避免的機制，以避免多個設備在同一時刻搶占線路的情況，這種機制就是所謂的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）。

CSMA/CD的工作過程

      如果線路空閑則發送數據。

      如果線路不空閑則一直等待。

      終端設備不停的檢測共享線路的狀態。

      如果有另外一個設備同時發送數據，兩個設備發送的數據必然產生沖突，導致線路上的信號不穩定。

      終端設備檢測到這種不穩定之后，馬上停止發送自己的數據。

      終端設備發送一連串干擾脈沖，然后等待一段時間之后再進行發送數據。

      發送干擾脈沖的目的是為了通知其他設備，特別是跟自己在同一個時刻發送數據的設備，線路上已經產生了沖突。

      檢測到沖突后等待的時間是隨機的。

1.4  最小幀長

      由于CSMA/CD算法的限制，以太網幀必須不能小于某個最小長度。以太網中，最小幀長為64字節，這是由最大傳輸距離和沖突檢測機制共同決定的。

      規定最小幀長是為了避免這種情況發生：A站點已經將一個數據包的最后一個Bit發送完畢，但這個報文的第一個Bit還沒有傳送到距離很遠的B站點。B站點認為線路空閑繼續發送數據，導致沖突。

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