计算机网络：数据链路层 —— 以太网（Ethernet）

文章目录

- 局域网
- - 局域网的主要特征
- 以太网
- 以太网的发展
- - 100BASE-T 以太网
  - - 物理层标准
  - 吉比特以太网
  - - 载波延伸
    - 物理层标准
  - 10吉比特以太网
  - - 汇聚层交换机
    - 物理层标准
  - 40/100吉比特以太网
  - - 传输媒体

局域网

局域网（Local Area Network, LAN）是一种网络>计算机网络，用于连接地理位置相对较近的计算机和其他网络设备。这些设备通常位于一个建筑物或一组邻近的建筑物内，如办公室、学校、实验室等。LAN 的设计目的是为了使这些设备能够方便地共享资源（如打印机、文件服务器等）以及交换数据。

局域网的主要特征

地理范围：LAN 通常覆盖较小的地理区域，如单个办公室或校园内。
传输速率：相比广域网（WAN），LAN 的传输速率通常更高，可以达到几百兆比特每秒（Mbps）到几十吉比特每秒（Gbps）。
所有权：LAN 一般由单个组织拥有并管理，可以针对特定的需求进行配置和优化。
可靠性与安全性：由于 LAN 处于一个受控的环境中，因此通常具有较高的安全性和可靠性。

以太网

以太网（Ethernet）以曾经被假想的电磁波传播介质 —— 以太(Ether)来命名，是一种广泛应用于局域网（LAN）的常见网络技术，用于在计算机和其他网络设备之间进行数据通信。

以太网目前已经从传统的共享式以太网发展到交换式以太网，传输速率已经从 10Mb/s 提高到 100Mb/s、1Gb/s 甚至 10Gb/s。

工作原理：

以太网使用 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议来控制多个设备在共享媒介上的访问。
CSMA/CD 协议允许设备在发送数据之前监听信道，以检测是否有其他设备正在发送数据。如果信道是空闲的，设备将发送数据；如果检测到冲突（多个设备同时发送数据），则设备将等待一段随机时间后再次尝试发送。

物理层特点：

以太网通常使用双绞线或光纤作为传输介质，其中双绞线包括常见的 Cat5、Cat6 等类型。
传输速率可以从几百 Mbps（百兆以太网）到数 Gbps（千兆以太网）不等，而光纤以太网的速率甚至可以更高。

数据帧格式：

以太网数据帧包括目标地址、源地址、类型/长度字段 和 数据字段。
目标地址和源地址分别指示数据帧的接收者和发送者，类型/长度字段表示数据字段的类型或长度。
以太网数据帧的最小长度为 64 字节，最大长度为 1518 字节（不包括物理层的 Preamble 和 SFD），并且要求所有数据帧的长度至少达到最小长度。

应用场景：

以太网在局域网（LAN）中广泛应用，包括家庭网络、企业内部网络和学校网络等。
它支持各种网络协议的封装，包括 TCP/IP 协议套件中的 IP、TCP 和 UDP 等，因此可以用于传输各种类型的数据，如网页、电子邮件、文件等。

以太网的发展

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100BASE-T 以太网

100BASE-T 以太网是指在双绞线上传输基带信号的速率为100Mb/s的以太网，也称为速以太网(Fast Ethernet)

100BASE-T 以太网与 10Mb/s 标准以太网(传统以太网)一样，仍然使用 IEEE 802.3的帧格式 和 CSMA/CD 协议。
100BASE-T 以太网为了与10Mb/s标准以太网保持兼容，需要以太网最小帧长保持不变，即仍为64字节。
- 网段的最大电缆长度从 1000m 减小到100m
- 争用期缩短为 5.12 $\mu s$
- 帧间最小间隔缩短为0.96 $\mu s$
100BASE-T 以太网还可以使用以太网交换机来提供比集线器更好的服务质量，即在全双工方式下无碰撞工作。因此，使用交换机的 100BASE-T 以太网，工作在全双工方式下，并不使用CSMA/CD协议。