文章目录
一、 以太网 ( Ethernet ) 概述
二、 以太网 ( Ethernet ) 服务
三、 以太网 ( Ethernet ) 发展
四、 10BASE-T 以太网
五、 适配器 与 MAC 地址
六、 以太网 MAC 帧
七、高速以太网









一、 以太网 ( Ethernet ) 概述


 
以太网 ( Ethernet ) 概述 :
① 开发者 : 由 Xerox 公司创建 , 由 Xerox , Intel , DEC 联合开发的 “基带总线局域网规范” ;
② 标准 : 是 局域网 采用的 最通用的 通信协议标准 ;
③ 介质访问控制 方式 : CSMA / CD 协议 , Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection , 载波监听多点接入 / 碰撞检测 协议 ;




以太网 ( Ethernet ) 优势 :
① 造价低 : 100 元以下 ;
② 应用广泛 : 是当前应用最广泛的 局域网 技术 ;
③ 组网简单 : 比 令牌环网 , ATM 网 , 组网简单 , 成本低 ;
④ 速率高 : 10Mbps ~ 10Gbps ;




以太网 ( Ethernet ) 标准 :

DIX Ethernet V2 : 第一个局域网 产品 的规约 ;
IEEE 802.3 : 第一个 IEEE 以太网标准 ;









二、 以太网 ( Ethernet ) 服务


 
以太网 ( Ethernet ) 服务 :
① 无连接 : 发送方 接收方 之间 , 没有握手过程 ;
② 不可靠传输 : 数据帧没有编号 , 接收方不返回确认帧  , 差错帧直接丢弃 , 由高层纠错 ;


以太网 实现 无连接 , 无差错接收 , 不可靠传输 ;








三、 以太网 ( Ethernet ) 发展


 
传输介质发展 :  粗同轴电缆 -> 细同轴电缆 -> 双绞线 + 集线器


物理拓扑 发展 : 总线型 -> 星型


以太网 拓扑结构 :

逻辑拓扑 : 总线型拓扑  , 逻辑上是总线型网络 , 各站点共享逻辑总线 , 介质访问控制 使用 CSMA/CD 协议 ;
物理拓扑 : 星型拓扑

物理拓扑发展成了星型 , 逻辑拓扑保持原样 ;








四、 10BASE-T 以太网


 
10BASE-T 以太网 参数 :
① 传输信号 :  基带信号 ;
② 传输介质 : T 表示 双绞线 , 当前采用的是 无屏蔽双绞线 ( UTP ) ;
③ 传输速率 : $10$ Mbps ;
④ 拓扑结构 : 物理 星型拓扑 , 逻辑 总线型拓扑 ;
⑤ 链路长度 : 每段双绞线长度最长 $100$ 米 ;
⑥ 编码方式 : 曼彻斯特编码  ;
⑦ 介质访问控制方式 : CSMA / CD 协议 , Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection , 载波监听多点接入 / 碰撞检测 协议 ;








五、 适配器 与 MAC 地址


 
适配器 与 MAC 地址  :
① 通信适配器 : 主机 与 局域网 连接的接口 , 又称为网卡 , 现在不使用单独的网卡 ;
② 适配器组成 : 适配器 上有 处理器 和 存储器 , 存储器包括 RAM 和 ROM ;
③ MAC 地址 存储 : ROM 上存储有计算机的 MAC 地址 ; 该 MAC 地址又称为 硬件地址 , 物理地址 ;
④ MAC 地址 组成 : $48$ 位 二进制地址 , 前 $24$ 位 代表厂家 , 后 $24$ 位 由厂家自己指定 ; $48$ 位刚好是 $6$ 字节 , 可以使用 $6$ 个十六进制数字表示 ;








六、 以太网 MAC 帧


 
以太网 V$2$ 格式 MAC 帧 :

① 帧头 : $6$ 字节目的地址 + $6$ 字节原地址 + $2$ 字节类型标识 ; 类型指的是 网络层 协议类型 ;
② 数据部分 : 上层传下来的 IP 数据报 , 长度 $46$ ~ $1500$ 字节 ;

最小长度来源 : 以太网最小帧长 $64$ 字节 , 除去 帧头 14 字节 , 帧尾 $4$ 字节 , 数据部分 还剩下 $46$ 字节 ;
最大长度来源 : 以太网最大 MTU 是 1500 字节 ;

③ 帧尾 : $4$ 字节 , CRC 循环冗余校验的 FCS 帧序列 ;
④ 前导码 : 物理层 传输时 , 为了进行帧同步 , 在 以太网 MAC 帧前 , 加入 $1$ 字节的前导码 ;
⑤ 帧间隔 : 帧与帧之间有一定的空白间隙 , 如果一段信号没有电压变化 , 说明这是帧间隔 ;








七、高速以太网


 
高速以太网 : 速率大于 100Mbps 的网络 ;
① 100BASE-T 以太网 :

速率 : 100Mbps
传输介质 : 双绞线
拓扑结构 : 物理 星型 , 逻辑 总线型
介质访问控制方式 : IEEE 802.3 的 CSMA / CD 协议
信道工作方式 : 半双工 , 全双工

② 吉比特以太网 :

速率 : 1 Gbps
传输介质 : 双绞线 或 光纤
信道工作方式 : 半双工 , 全双工

③ 10吉比特以太网 :

速率 : 10 Gbps
传输介质 : 光纤
信道工作方式 : 全双工

M AC地址有48位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。MAC地址全球唯一，由IEEE对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。
 
    如果48位全是1，则表明该地址是广播地址，如果第8位是1，则表示该地址是组播地址
     在目的地址中，地址的第8位表明该帧将要发送给单个站点还是一组站点
常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet II标准，IEEE 的 802.3 标准。
  Ethernet II和IEEE802.3的帧格式比较类似，主要的不同点在于前者定义的2字节为包类型，而后者定义的2字节为的长度；所幸的是，后者定义的有效长度值与前者定义的有效类型值无一相同，这样就容易区分两种帧格式了。如果值大于 1500（0x05DC），说明是以太网类型字段，EthernetII 帧格式。如果值小于等于1500，说明是长度字段，IEEE802.3 帧格式。因此类型字段值最小的是 0x0600。而长度最大为 1500。
MAC层要求定界字符之后的内容要在64字节到1518个字节之间，其中包括14字节的目标和源MAC，4字节的CRC32值。并且报文帧之间的传递间隔要大于9.6us。
转载于:https://www.cnblogs.com/andy123/p/10932727.html

MAC 层的硬件地址
在局域网中，以下几个称呼是一样的：

📌 硬件地址
📌 物理地址
📌 MAC 地址

48 位的 MAC 地址

✅ IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段 6 个字节中的前三个字节 (即高位 24 位)，称为组织唯一标识符。


✅ 所以就只有 3 个字节能支配了，这 3 个字节由厂家支配，称为扩展唯一标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。



❗ 生产适配器时，6 字节的 MAC 地址已被固化在适配器的 ROM，因此，MAC 地址也叫做硬件地址 (hardware address) 或物理地址。
所以无论你把它带到哪里去，或者把它砸了，烧了🔥，它的硬件地址还是不会变。

📕 下面介绍一下 IEEE 组织的一些规定：

IEEE 规定地址字段的 第一字节的最低位 为 $I/G$ 位。$I/G$ 表示 $Individual / Group$。
当 $I/G$ 位 $= 0$ 时，地址字段表示一个单站地址。
当 $I/G$ 位 $= 1$ 时，表示组地址，用来进行多播。

所以对于前三个字节，既然第一个字节的最后一位被占用了，就只能支配其余的 $23$ 位了。

❗所有 48 位都为 1 时，为广播地址。只能作为目的地址使用。

📕 IEEE 又规定了！

IEEE 把地址字段第一字节的倒数第 $2$ 位规定为 $G/L$ 位，表示 $Global / Local$ 。
当 $G/L$ 位 $= 0$ 时，是全球管理。
当 $G/L$ 位 $= 1$ 时， 是本地管理。

❓ 那么有啥区别呢 ？

全球管理需要购买，本地管理用户自定义，不过以太网几乎不会去理会这个用户自定义的。

适配器检查 MAC 地址
🚀 适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址，然后检查这个帧是否是下面的其中一种，如果不是就丢弃，如果是就收下然后转发。

1️⃣ 单播 (unicast) 帧（一对一）
2️⃣ 广播 (broadcast) 帧（一对全体）
3️⃣ 多播 (multicast) 帧（一对多）

MAC 帧的格式
常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准 ：

✅ $DIX \space Ethernet \space V2$ 标准
✅ $IEEE 的 802.3$ 标准

最常用的 $MAC$ 帧是以太网 $V2$ 的格式。


我们来放大看一下：




1️⃣ 首先是目的地址字段，占 6 个字节。


2️⃣ 然后是源地址字段，也是 6 字节。


3️⃣ 类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 $MAC$ 帧的数据上交给上一层的这个协议。


4️⃣ 数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段。

最小长度 $64 字节 - 18 字节$ 的首部和尾部  $=$  数据字段的最小长度（ $46$ 字节


5️⃣ FSC 用于差错检测


❓ 其实你会发现从 $MAC$ 层到物理层还会多出 $8$ 个字节，那么这 $8$ 个字节是啥呢？

在帧的前面插入（硬件生成）的 8 字节中，第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 $MAC$ 帧的比特同步。第二个字段 1 个字节是帧开始定界符，表示后面的信息就是 MAC 帧。

📗 最后提一下与 $IEEE \space802.3\space MAC 帧$ 的区别：

IEEE 802.3 规定的 MAC 帧的第三个字段是“长度 / 类型”。
当 $长度 / 类型$ 字段值小于 $0x0600$ 时，数据字段必须装入上面的逻辑链路控制 LLC 子层的 LLC 帧。


帧间最小间隔为 $9.6 \mu s$，相当于 $96 bit$ 的发送时间。

一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 $9.6 \mu s$ 才能再次发送数据。

文章目录
认识以太网
以太网帧格式
认识MAC地址
对比理解IP地址与MAC地址
认识MTU
MTU对IP数据报进行分组重组
认识ARP协议
ARP协议的工作流程
认识应用层协议DNS

认识以太网

以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类：第一类是经典以太网，第二类是交换式以太网，使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3~10 Mbps不等；而交换式以太网正是广泛应用的以太网，可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。
以太网" 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内容, 也包含了一些物理层的内

容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速率等
以太网协议在数据链路层 本质就是负责相邻设备之间的传输 他会直间受到硬件设备的影响

以太网帧格式


源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址), 长度是48位(6字节),是在网卡出厂时固化的

帧协议类型字段有三种值,分别对应IP数据报、ARP数据帧、RARP数据帧

数据长度 受硬件设备直接影响(MTU机制 后续讲到)

帧末尾是CRC校验码

认识MAC地址

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址)

对比理解IP地址与MAC地址

IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;
MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点
举个简单例子


快递的运输

要是类比ip地址

就是只看起点和终点 源地址上海市 目的地址 西安市

类比MAC地址

源地址上海市 目的地址 湖北市

源地址湖北市 目的地址 合肥市

源地址合肥市 目的地址 西安市

认识MTU

链路层的这个特性MTU，即最大传输单元。不同类型网络的数帧长度大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据报要传，而且数据帧的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片( fragmentation)，即把数据报分成干片，这样每一片就都小于MTU。
MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制.
不同的数据链路层标准的MTU是不同的
主要用就是IP的分组与重组

MTU对IP数据报进行分组重组

由于数据链路层MTU的限制, 对于较大的IP数据包要进行分包


将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签;

每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的;

每个小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位置为0, 表示允许分片, 第3位来表示结束标记(当前是否是最后一个小包, 是的话置为1, 否则置为0, 用于方便重组);

到达对端时再将这些小包, 会按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层

一旦这些小包中任意一个小包丢失, 接收端的重组就会失败. 但是IP层不会负责重新传输数据



认识ARP协议

ARP协议是一个介于数据链路层和网络层之间的协议
主要作用就是建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系 (MAC学习)


假如有一个ip数据报需要转发 就需要构造一个以太网的数据帧 就需要填写对应的目的mac 而ARP协议就是用来学习这个目的mac地址的

ARP协议的工作流程

源主机发出ARP请求,询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”, 并将这个请求广播到本地网段(以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播);

目的主机接收到广播的ARP请求,发现其中的IP地址与本机相符,则发送一个ARP应答数据包给源主机,将自己的硬件地址填写在应答包中;

认识应用层协议DNS

DNS是一整套从域名映射到IP的系统


DNS是应用层协议

DNS底层使用UDP进行解析

浏览器会缓存DNS结果


TCP/IP中使用IP地址和端口号来确定网络上的一台主机的一个程序. 但是IP地址不方便记忆. 于是人们发明了一种叫主机名的东西, 是一个字符串, 并且使用hosts文件来描述主机名和IP地址的关系 (现在很少使用这个hosts文件了)
现在是专门搭建一组服务器 用这个服务器来维护很多这样的映射关系
电脑上网的时候 电脑不认识这个域名 就先去浏览器找结果 如果没有再去找这组服务器(DNS服务器 也叫域名服务器) 获取对应的地址
DNS会按照域名的等级来分别组织 当我们要访问某个域名时，会按照域名服务器的等级一层一层向下查询 (如下面例子  你的ISP的DNS服务器从跟域名服务器开始进行递归搜索 从.com顶级域名服务器到baidu的一级域名服务器)




常考的一个问题 电脑可以登QQ 但是不能访问网页 一般就是这个DNS服务器挂了