以太网基础

         以太网是基于广播传输的网络。

         1、以太网连接

        半双工（half-duplex）以太网：

        在半双工工作模式下，通信的两台设备在同一个时刻只能有一方发送数据，而另一设备负责接收数据。对讲机就是这种方式。

        这种以太网是争用方式工作的。所以容易发生冲突。IEEE802.3采用了CSMA/CD工作机制以避免和处理冲突。

        CSMA/CD工作机制：

        先听后发(CSMA)。工作站在发送数据之前先侦听网络上是否有数据在传输（载波），若有则继续侦听直至载波消失 ，如果没有侦听到载波，则发送自己的信息。

        若此时网络是空闲的，而网络中A、B恰好同时侦听，那么它们没有侦听到载波，则同时发送自己的信息。这样必然会网络的某处发生碰撞。因此只有CSMA不能完全避免冲突。

        边听边发（CD） 。站点A、B在发送数据的同时还应检测冲突，一旦检测到则停止发送。首先检测到冲突的站点会发送一个拥塞信号（jam signal）。此时A、B的数据都没有传送成功，必须尝试重传。何时重传呢？收到拥塞信号的站点会执行回退算法（back-off algorithm），确定下次发送时间。

        CSMA/CD机制中，协议规定设备进行碰撞检测的时间固定为发送64字节所消耗的时间。这就是以太网帧最小长度为64字节的原因。小于64字节的帧为碎片，将被弃。        

       

       冲突的类型：

        本地冲突。在单一的传输介质上，一台设备传输信号遇到另外一台设备产生信号。

        远程冲突。传输的帧小于64字节，同时FCS检验码错误。几乎所有的冲突检测工具都可以检测到。

        以上两种冲突为正常冲突。网卡会自动重传冲突帧。

        后期冲突。在数据帧前64个字节传输完成后发生的冲突。后期冲突中，网卡不会自动重传冲突帧。例外：在802.3标准中，允许网卡重传后期冲突帧，但没规定必须重传；而在吉比特以太网中明确禁止重传后期冲突帧。

        这种工作机制是不完整的，因为它不执行冲突发生后尝试重传的过程。

 

        全双工（full-duplex）以太网：

        在全双工工作模式下，通信的两台设备可以同是发送和接受数据。电话就是这种方式。

        这种以太网中，连接的两台设备利用两对线，一对发送，一对接受，建立起无冲突的环境。

 

         以太网帧的格式：

          在每种格式的以太网帧的开始处都有 64 比特（ 8 字节）的前导字符。 其中，前 7 个字节称为前同步码（ Preamble ），内容是 16 进制数 0xAA ，最后 1 字节为帧起始标志符 0xAB ，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。

         Ethernet II 类型以太网帧的最小长度为 64 字节（ 6 ＋ 6 ＋ 2 ＋ 46 ＋ 4 ），最大长度为 1518 字节（ 6 ＋ 6 ＋ 2 ＋ 1500 ＋ 4 ）。其中前 12 字节分别标识出发送数据帧的源节点 MAC 地址和接收数据帧的目标节点 MAC 地 址。　　
　　接下来的 2 个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型，如 16 进制数 0x0800 代表 IP 协议数据， 16 进制数 0x809B 代表 AppleTalk 协议数据， 16 进制数 0x8138 代表 Novell 类型协议数据等。
　  在不定长的数据字段后是 4 个字节的帧校验序列（ Frame Check Sequence ， FCS ），采用 32 位 CRC 循环冗余校验对从 " 目标 MAC 地址 " 字段到 " 数据 " 字段的数据进行校验。

 

    以太网的自动协商:

    随着技术的发展,以太网衍生许多技术变体：10Mbit/s 、100Mbit/s等，半双工和全双工模式。

    自动协商可以让网络中的设备相互确定对方的能力，并将自己设置成双方共同支持的功能状态。协商包括发送速率和工作模式两方面。如果协商不 一致，将导致双方无法正常连接。

 

    PS：

    5-4原则：两台通信主机之间，最多情况下，5段网络介质、4个集线器（中继器）、3段网络。