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  • 2020-09-27 10:44:14
    mac地址 和以太网地址

    mac地址 和以太网地址

    why-are-ethernet-mac-addresses-needed-00

    If you are still new to the whole networking thing, then it can be a bit overwhelming when you first start learning about the different kinds of addresses involved and how they work together. Today’s SuperUser Q&A post seeks to clear up the confusion for a curious reader.

    如果您还不熟悉整个网络,那么当您第一次开始了解所涉及的各种地址以及它们如何协同工作时,可能会有些不知所措。 今天的《超级用户问答》旨在消除好奇读者的困惑。

    Today’s Question & Answer session comes to us courtesy of SuperUser—a subdivision of Stack Exchange, a community-driven grouping of Q&A web sites.

    今天的“问答”环节由SuperUser提供,它是Stack Exchange的一个分支,该社区是由社区驱动的Q&A网站分组。

    Image courtesy of Wikipedia.

    图片由Wikipedia提供

    问题 (The Question)

    SuperUser reader user2449761 wants to know more about the need for Ethernet/MAC addresses:

    SuperUser阅读器user2449761想了解有关以太网/ MAC地址需求的更多信息:

    I do not understand why Ethernet/MAC addresses are needed. Surely all computers could just be connected to a unified network and use IP addresses to communicate?

    我不明白为什么需要以太网/ MAC地址。 当然所有计算机都可以连接到统一网络并使用IP地址进行通信吗?

    For example, there is the following mechanism in Ethernet:

    例如,以太网中有以下机制:

    • A computer with the IP address 192.168.1.1 (X.1) wants to send a packet to the address 192.168.1.2 (X.2).

      IP地址为192.168.1.1(X.1)的计算机希望将数据包发送到地址192.168.1.2(X.2)。
    • X.1 uses ARP to get the MAC address of X.2.

      X.1使用ARP获取X.2的MAC地址。
    • To do so, X.1 needs to send a packet to all computers in the network and only one will answer.

      为此,X.1需要向网络中的所有计算机发送一个数据包,并且只有一台计算机可以应答。
    • X.1 gets a MAC address and sends the packet.

      X.1获取MAC地址并发送数据包。

    It would be simpler to just do it in one step:

    只一步就可以做到:

    • X.1 sends a packet to all computers in the network and only X.2 will process it, the others will ignore it.

      X.1将数据包发送到网络中的所有计算机,只有X.2将处理它,其他X.2将忽略它。

    My other question is: Why are IP addresses needed if all devices have unique MAC addresses?

    我的另一个问题是:如果所有设备都有唯一的MAC地址,为什么需要IP地址?

    Why is there a need for Ethernet/MAC addresses?

    为什么需要以太网/ MAC地址?

    答案 (The Answer)

    SuperUser contributor Paul has the answer for us:

    超级用户贡献者Paul为我们提供了答案:

    The different network layers are there to allow them to be swapped for different technologies. The two layers you are talking about here are Layers 2 and 3. Layer 2 in this scenario is Ethernet – from which MAC addresses arise, and Layer 3 is IP.

    那里有不同的网络层,可以将它们交换为不同的技术。 您在这里谈论的两层是第2层和第3层。在这种情况下,第2层是以太网-产生MAC地址,第3层是IP。

    Ethernet only works at the local level between network devices connected to a broadcast network “data link”, whereas IP is a routable protocol and can target devices on remote networks.

    以太网仅在连接到广播网络“数据链路”的网络设备之间的本地级别工作,而IP是可路由的协议,并且可以定位到远程网络上的设备。

    The requirements for each of these layers is different. Ethernet specifies a family of technologies that allow packets to be sent and received between network devices, whereas IP defines a protocol that allows packets of data to traverse multiple networks.

    这些层中的每一层的要求都不同。 以太网指定了一系列技术,允许在网络设备之间发送和接收数据包,而IP定义了一种协议,该协议允许数据包穿越多个网络。

    Neither is reliant on the other, which is what gives networking its flexibility. For example, you may choose to connect to your Internet service using IP over Ethernet, but in your internal network, you might choose to use IP over paper (where someone writes down the contents of each packet and physically walks it over to another machine and types it in). Clearly this would not be particularly fast, but it would still be IP provided the person carrying around the bits of paper respected IP routing rules.

    两者都不依赖对方,这就是赋予网络灵活性的原因。 例如,您可以选择使用基于以太网的IP连接到Internet服务,但是在内部网络中,您可以选择使用基于纸的IP(有人写下每个数据包的内容,然后将其物理地传递到另一台计算机,然后输入)。 显然,这不是特别快,但是如果携带随身携带的纸张遵守IP路由规则的人,那将仍然是IP。

    In the real world there are different data link protocols that you are already using (although their addressing schemes are the same): 802.3 – Ethernet, and 802.11 – Wi-Fi.

    在现实世界中,您已经在使用不同的数据链路协议(尽管它们的寻址方案是相同的):802.3 –以太网,以及802.11 – Wi-Fi。

    IP does not care what the underlying layer is. Equally, IP can be swapped out for different network layer protocols (provided it happens for all participants) such as Asynchronous Transfer Mode (ATM).

    IP不在乎底层是什么。 同样,可以将IP换成不同的网络层协议(前提是所有参与者都可以使用),例如异步传输模式(ATM)

    While there is nothing directly preventing the creation of a protocol that encompasses both Layers 2 and 3, it would be less flexible, less attractive, and therefore unlikely to be used.

    尽管没有什么可以直接阻止同时包含第2层和第3层的协议的创建,但是它的灵活性,吸引力都将降低,因此不太可能被使用。

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    翻译自: https://www.howtogeek.com/201412/why-are-ethernetmac-addresses-needed/

    mac地址 和以太网地址

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  • 前言: 以太网是一种计算机局域网通信技术,主要由介质访问层(MAC L2) 协议、物理层(PHY L1)协议、电子...并把关注的重点放在以太网物理层的协议规范。 在本案例中, 信源信息发送-》离散数据-》信源编码-》应.

    前言:

    以太网是一种计算机局域网通信技术,主要由介质访问层(MAC L2) 协议、物理层(PHY L1)协议、电子信号连接组成。

    MAC层主要有交换芯片实现,物理层由PHY芯片实现,电信号连接主要定义电信号的接口规范。

    经过几十年的发展,以太网技术技术已经x相当成熟,在计算机通信领域也得到相当的广泛应用。

    本文以成熟的以太网的技术实现为案例,来解读数字通信的部分基本原理,澄清数字通信中一些核心的概念 :时钟、4B/5B编码、曼切斯特编码、NRZI编码、符号、波特率、比特率、CRC、扰码。

    并把关注的重点放在以太网物理层的协议规范。

    在本案例中,

    信源信息发送-》离散数据-》信源编码-》应用层数据处理-》网络层编码-》物理层信道编码-》电气信号符号编码-》电信号发送=》

    电信号接收=》电气信号符号解码-》物理层信道解码-》网络层编码-》应用层数据处理-》信源解码-》信宿信息感知

    整个过程,均为二进制离散数据处理,因此本文案例是一个纯数字通信的案例。

    以太网串行通信与Uart串口通信、I2C串行通信、SPI串行通信等串行通信,有两个显著的差别:

    (1)需要传输的物理层帧中的二进制数据与物理线路上传送的信号电平之间是不再是1对1的映射关系。

    (2)不需要专门的时钟信号线在两个通信的节点之间传递时钟,而是通过特定的物理层的编码技术,实现在传输数据的同时,也同时能够传递同步时钟。

    (3)支持远程传输的数字编码技术

    本文将重点阐述这这三种技术方法。


    目录

    第1章 什么是以太网数字通信

    1.1 标准以太网

    1.2 快速以太网

    1.3 千兆以太网

    1.4 10Gbps以太网

    1.5 40G/100Gbps以太网

    第2章 以太网数字通信案例的需求架构

    第3章 以太网数字通信的软硬件实现方案

    3.1. 协议栈

    3.2. 软硬件架构与软硬件分工

    3.3. 以太网协议规范

    第4章. 以太网MAC+PHY+线路层的通信模型

    第5章. 信源对信息的发送过程及其关键性原理

    5.1. 信源: 

    5.2. 离散的二进制数据

    5.3. 网络层编码

    5.4. 物理层编码

    5.4.1  RTL8201  10M以太网的通信原理

    5.4.1.1  PCS子层(Physical Coding Sublayer):物理层编码子层

    (1). PCS子层与MAC层的物理接口

    (2). PCS子层的包结构

    (3). PCS子层的编码

    5.4.1.2 PMA子层:物理介质连接子层

    (1).  发送方向是并串转换,接收方向是串并转换

    (2).  物理层信号编码

    (3).  物理链路时钟的合成/恢复。

    5.4.2  RTL8201  100M以太网通信的原理

    5.4.2.1  PCS子层(Physical Coding Sublayer):物理层编码子层

    (1). 与MAC层的物理接口

    (2)物理层帧的发送

    (3)物理层帧的接收

    (2). PCS子层包的结构

    (3). PCS子层的编码

    5.4.2.2 PMA子层:物理介质连接子层

    5.4.2.3  PMD子层​

    第6章 信道对信息的传输过程

    第7章 信宿对信息的接收过程及其关键原理

    7.1  以太网的解码过程

    7.2 信宿的接收过程



    第1章 什么是以太网数字通信

    以太网是一种基带、局域网技术,

    以太网通信是一种使用同轴电缆或光纤作为传输信道,采用载波多路访问和冲突检测机制的通信方式。

    数据传输速率高达到10M、100M、1Gbit/s, 10Gbit/s,  25Gbit/s、100G, 可满足非持续性网络数据传输的需要。

    1.1 标准以太网

    • 10Base-5 使用粗同轴电缆,最大网段长度为500m,基带传输方法;
    • 10Base-2 使用细同轴电缆,最大网段长度为185m,基带传输方法;
    • 10Base-T 使用双绞线电缆,最大网段长度为100m;
    • 1Base-5 使用双绞线电缆,最大网段长度为500m,传输速度为1Mbps;
    • 10Broad-36 使用同轴电缆(RG-59/U CATV),最大网段长度为3600m,是一种宽带传输方式;
    • 10Base-F 使用光纤传输介质,传输速率为10Mbps;

    1.2 快速以太网

    1.3 千兆以太网

    • 1000Base-SX 只支持多模光纤,可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长为770-860nm,传输距离为220-550m。
    • 1000Base-LX 可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为550m。
    • 1000Base-LX 可以支持直径为9um或10um的单模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为5km左右。
    • 1000Base-CX 采用150欧屏蔽双绞线(STP),传输距离为25m。
    • 000Base-T 是100Base-T自然扩展,与10Base-T、100Base-T完全兼容

    1.4 10Gbps以太网

    • 10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand4x连接器和CX4电缆,最大长度15米。

    • 10GBASE-SR -- 用于短距离多模光纤,根据电缆类型能达到26-82米,使用新型2GHz多模光纤可以达到300米。

    • 10GBASE-LX4 -- 使用波分复用支持多模光纤240-300米,单模光纤超过10公里。

    • 10GBASE-LR和10GBASE-ER -- 透过单模光纤分别支持10公里和40公里

    • 10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW。用于广域网PHY、OC-192 / STM-64同步光纤网/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR、10GBASE-LR和10GBASE-ER,因此使用相同光纤支持距离也一致。(无广域网PHY标准)

    • 10GBASE-T-- 使用屏蔽或非屏蔽双绞线,使用CAT-6A类线至少支持100米传输。CAT-6类线也在较短的距离上支持10GBASE-T。

    1.5 40G/100Gbps以太网

    • 40GBASE-KR4 -- 背板方案,最少距离1米。

    • 40GBASE-CR4 / 100GBASE-CR10 -- 短距离铜缆方案,最大长度大约7米。

    • 40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 -- 用于短距离多模光纤,长度至少在100米以上。

    • 40GBASE-LR4 / 100GBASE-LR10 -- 使用单模光纤,距离超过10公里。

    • 100GBASE-ER4 -- 使用单模光纤,距离超过40公里。

    虽然,以太网支持上述各种速率和物理层接口规范,但从通信的角度来看,基本原理是相似的,是一脉相承的。


    第2章 以太网数字通信案例的需求架构

    为了重点介绍以太网物理层协议,本案例的两个对等的以太网终端,跳过中间的以太网交换机,直接采用点对点连接。

    帅哥A与美女B不再通过RS232串口相连,而是通过以太网相连。

    目标:

    帅哥A通过以太网向美女B发送一条二进制消息:0x0049 0x0020  0x004c 0x0006f 0x00076 0x0065 0x0020 0x0059 0x006f 0x0075。

    对应的ASCII码字符是:I Love You


    第3章 以太网数字通信的软硬件实现方案

    3.1. 协议栈


    3.2. 软硬件架构与软硬件分工

    帅哥A发送的数据,封装(编码)过程如下:

    应用层数据编码=》HTTP层数据编码=》TCP层数据编码=》IP层数据编码=》MAC层数据编码=》物理层数据编码=》物理层电信号发送=》

    美女接受的数据,拆封(解码)过程如下:

    物理层电信号接收=》物理层数据解码=》MAC层数据解码=》IP层数据解码=》TCP层数据解码=》HTTP层数据解码=》应用层数据解码。

    至于MAC层以上(IP以及IP之上)的编码和解码过程,不在本文的讨论范围。

    本文重点放在MAC+PHY+线路接口层,特别是物理层的编解码过程。


    3.3. 以太网协议规范

    IEEE802.3标准给出了以太网的MAC层和物理层的协议规范


    第4章. 以太网MAC+PHY+线路层的通信模型

    下面,将详细介绍上述过程的每个环节,以及每个环节中涉及到的通信原理中的关键技术。


    第5章. 信源对信息的发送过程及其关键性原理


    5.1. 信源

    这里的信源就是计算机A。


    5.2. 离散的二进制数据

    信源需要发送的离散的二进制数据: 0x0049 0x0020  0x004c 0x0006f 0x00076 0x0065 0x0020 0x0059 0x006f 0x0075。

    对应的ASCII码字符是:I Love You


    5.3. 网络层编码

    IP以及IP之上,不在本章的讨论范围,本章讨论MAC以及MAC层之下的协议规。

    (1)探讨前的概念澄清:

    MAC层:称为帧(frame)

    物理层:并行数据称为包(package)

    物理层:串行数据称为流(stream)

    (2)MAC层帧结构

    • LLC data:信源需要发送的离散的二进制数据。
    • MAC地址

    也叫物理地址、硬件地址,由网络设备制造商生产时烧录在网卡(Network lnterface Card)的EPROM(一种闪存芯片,通常可以通过程序擦写)。

    MAC地址的长度为48位(6个字节),通常表示为12个16进制数,如:00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址,其中前6位16进制数00-16-EA代表网络硬件制造商的编号,它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配,而后6位16进制数AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。只要不更改自己的MAC地址,MAC地址在世界是惟一的。形象地说,MAC地址就如同身份证上的身份证号码,具有唯一性。

    目的地址:数据的接收方(信宿)的MAC地址。

    源地址:数据的发送方(信源)的MAC地址

    • 帧定界符SFD:1个字节(8个bits:0x1010 1011),MAC层的帧同步

    由于在传输一个字节时最低位最先传输(LSB),因此其相应的16进制表示为:0xD5

    备注:

    UART、I2C、SPI总线通信,是通过特定的物理信号(pin脚)物理层帧同步。

    而以太网串行总线没有这些信号,怎么进行帧同步呢? 就只能通过特定的二进制比特串来进行帧同步了!!!

    这里还有一个同样的问题,以太网帧的净荷正巧也有该数据怎么办呢?

    MAC层和物理层之间通过Tx_EN和Rx_EN来传递以太网帧的开始。

    两个对等的两个物理层实体之间,通过物理层的4B/5B编码表明以太网帧的开始和结束,而这两个编码,是不同于数据域中的任何数据的4B/5B编码。

    • 同步前导码preamble:7个字节(56个bits:0x1010 1010 ......),MAC层的比特时钟同步

    由于在传输一个字节时最低位最先传输(LSB),因此其相应的16进制表示为:0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55

    这个连续的56个二进制比特流,用于接收方与发送方的二进制比特时钟同步。

    用于MAC层与物理层之间的同步。

    备注:

    UART、I2C、SPI总线通信,是通过特定的物理信号(pin脚)进行时钟同步的。

    而以太网串行总线没有这些信号,怎么进行时钟呢? 就只能通过特定的二进制比特串来进行时钟同步了!!!

    这里有一个问题,以太网帧的净荷真巧也有该数据怎么办呢?

    • FCS( Frame Check Sequence):帧检查验序列,实际上就是CRC校验。

    CRC校验序列的添加是

    在数据传输过程中,无论传输系统的设计再怎么完美,差错总会存在,这种差错可能会导致在链路上传输的一个或者多个帧被破坏(出现比特差错,0变为1,或者1变为0),从而接受方接收到错误的数据。为尽量提高接受方收到数据的正确率,在接收方接收数据之前需要对数据进行差错检测,当且仅当检测的结果为正确时接收方才真正收下数据。

    检测的方式有多种,常见的有奇偶校验、和循环冗余校验等。

    前一篇讨论过,Uart/RS232串口通信采用的就是有奇偶校验。

    循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check, CRC):是一种根据网络数据包或计算机文件等数据产生简短固定位数校验码的一种信道编码技术,主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。

    以太网通信采用CRC32作为以太网MAC帧数据净荷的检错码。

    注意:FCS值针对以太网MAC帧的净荷部分,包括MAC地址+数据净荷,不包括以太网MAC层帧的同步字和帧定界符SFD。


    5.4. 物理层编码

    简单的说,物理层编码是确保原始的MAC层数据可在多种物理媒体上、安全、可靠的传输。

    以太网物理层又分为3个子层和2个接口

    (1)两个接口:

    Medium Independent Interface (MII): 介质无关接口。提供公共接口,屏蔽多个物理层的不同细节。这是数字MAC层与数字物理层的接口。

    Medium Dependent Interface (MDI): 介质相关接口。到传输介质的接口,如100M电口和1000M电口或1000M光口等。这是数字物理层与物理信号媒介的接口(光、电信号)。

    (2)三个子层:

    Physical Coding Sublayer (PCS): 物理编码子层。完成物理层编码/解码功能

    Physical Medium Attachment sublayer (PMA):物理介质连接子层。执行并串转换和串并转换功能。

    Physical Medium Dependent sublayer (PMD): 物理介质相关子层。电信号转换到特定介质上或反向转换(光电转换、电电转换)

    (3)常见以太网Phy层芯片

    品牌物料名称速率MAC InterfaceMedia types:封装大小制造等级
    Broadcom100BASE-TX
    BCM8981010/100Mbps100BASE-T1
    BCM8961010/100/1000MbpsMII/RGMII10BASE-T/100BASE-TX/1000BASE-TAEC-Q100 Grade 1
    BCM898811000BASE-T1
    BCM898381000BASE-T1
    Marvell88Q101010/100/1000MbpsMII/RMII/RGMII100BASE-T1QFN,40-pin,6*6mmAEC-Q100 Grade 2
    88E151210/100/1000MbpsRGMII/SGMII10Base-T/100Base-TX/1000Base-T/ SFP/100Base-FX/1000Base-XQFN,56-pinIndustry
    88Q211X10/100/1000MbpsRGMII/SGMII100BASE-T1/1000BASE-T1QFN,40-pin
    NXPTJA1101100MbpsRMII100BASE-T1HVQFN,32-pin,6*6mmISO26262 ASIL-A
    MicrochipKSZ806110/100MbpsMII10BASE-T/100BASE-TXQFP,32-pin,5*5mm
    KSZ808110/100MbpsMII10BASE-T/100BASE-TXLQFP,48-pin,7*7mm
    KSZ903110/100/1000MbpsGMII/MII 10Base-T/100Base-TX/1000Base-TQFP,64-pin,8*8mm
    TIDP83848QSQ10/100MbpsMII/RMII10BASE-T/100BASE-TXWQFN,40-pin,6*6mmAEC-Q100 Grade 2
    RealteckRTL820110/100MbpsMII/7-wire SNI 10BASE-T/100BASE-TX/100BASE-FXLQFP,48-pin 
    AtherosAR803110/100/1000MbpsRGMII/SGMII10BASE-Te/100BASE-TX/1000BASE-TQFN,48-pin,6*6mmIndustry
    AR803510/100/1000Mbps

    不同以太网速率,其物理层的协议规范是不一样的。

    不同厂家的芯片,在实现以太网物理层协议规范时,也是有差别。

    接下来,将以古老的RTL8201 10/100M PHY芯片为例,由简单到复杂,有浅入深的介绍物理层的通信原理:

    • RTL8201  10M以太网通信的原理
    • RTL8201 100M以太网通信的原理

    其他更加复杂的功能实现,基本是基于此原理的升级与扩展。


    (4) 802.3 物理层功能栈


     (5)RTL8201功能架构

    在上图中,10M和100M的功能实现是完全不同的电路。

    绿色框标注的是10M的功能实现。

    红色框标注的是100M的功能实现

    接下来,将详解其功能。


    5.4.1  RTL8201  10M以太网的通信原理

    5.4.1.1  PCS子层(Physical Coding Sublayer):物理层编码子层

    PCS子层的功能是物理层的编码/解码。包括三部分:

    (1)与MAC层的接口

    (2)物理层包的结构

    (3)物理层的编码

    (1). PCS子层与MAC层的物理接口

    TXD0、RXD0:是串行数据接口, 10M速率时,物理层芯片无需要进行串并转换,串并转换是MAC完成的。

    TXC和RXC: 接收和发送时钟。

    COL (I): 冲突检测的输入,表明MAC层检测到了冲突。

    CRS(O): 载波检测,用于PHY向MAC指示,链路上是否有数据正在发送。

    TXEN: MAC发送数据指示。

    (2). PCS子层的包结构

    10M速率是,物理层包的结构与MAC层的帧结构是一致的


    (3). PCS子层的编码

    物理层编码一个重要的功能就是把原始的物理层帧数据,编码成适合物理线路传输的二进制数据。

    在10M通信的情况下,物理层芯片并没有对物理层进行某种物理层编码,比如4B/5B编码或8B/10B编码。


    5.4.1.2 PMA子层:物理介质连接子层

    PMA的功能包括

    (1)发送方向是并串转换,接收方向是串并转换

    (2)物理层信号编码

    (3)物理链路时钟的合成/恢复

    PMA从PCS接收串行bit流,然后发送到PMD层。

    PMA使用数字锁相环PLL,在发送端根据标准时钟接口发送bit流,在接收端PLL同步串行数据流并从中提取时钟。


    (1).  发送方向是并串转换,接收方向是串并转换

    在10M速率下,无并串转换,与MAC层的接口MAC本身就是串行数据。

    (2).  物理层信号编码

    物理层信号编码:即如何通过物理层的电信号传递0和1的二进制数据流。

    常见的编码有两大类:不归零码和归零码。

    不归零码:是信号电平在一个码元之内都要不恢复到零的编码方式。在不归零码中,高电平代表1, 0电平本身就表示0,因此不能归0.

    归零码   :是信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方式。在归零码中,高电平和低电平不表示任何数值,而是利用信号的上升沿或下降沿表示0或1,因此可以归零。

    在SPI和I2C通信中,通过CMOS或TTL高低电平传送1和0。高电平代表1,低电平代表0,

    在UART通信中,与SPI和I2C相同。

    在RS232通信中,采用了反逻辑以及15V电压。+15V电信号表示0, -15V电信号表示1.

    这些编码方式都称为不归零码

    其中SPI, I2C, Uart串口通信的编码方式称为:单极性不归零0码,单极性指只有正(+)电平。

    RS232串口通信的编码方式称为双极性不归0码。双极性是指正(+)电平与负(-)电平。

    如下图所示:(a)就是单极性不归零码,(b)双极性不归零码。

    相对于前面提到的几种电信号编码方式,在10M以太网中,采用了一种新的物理层信号编码方法:曼彻斯特编码!

    曼彻斯特编码(Manchester)又称裂相码、同步码、相位编码,它是一种归零的编码方式, 用电平跳变来表示1或0的编码方法。

    之所以要归零:主要是因为归零后既不标识0,也不表示为1,而是表示没有数据在远程串行通信中是很有必要的。因为接收方和发送方是分离的。

    Uart是通过双极性编码空闲位解决这个问题的,而以太网通过归零码解决这个问题。

    其变化规则很简单:

    这里也有两种码元,但每个码元不是用简单的高电平或低电平,每个码元symbol(代表0或1的电信号)均用不同相位的电平信号(高电平+低电平)表示。

    实际上,每个码元是一个完整的方波信号(有高电平,也有低电平),这里就有两种方式来定义方波信号。

    (A) G.E. Thomas曼切斯特编码(又称为标准曼切斯特编码)----类似相位调制

    0度相位的方波(类似正弦波)表示“1”,

    180相位的方波(类似余弦波)表示“0”.

    (B) 802.3 曼切斯特编码(简称为曼切斯特编码)

    0度相位的方波(类似正弦波)表示“0”,

    180相位的方波(类似余弦波)表示“1”.

    正好与标准曼切斯特编码相反。

    如下是用两种不同的曼彻斯特编码表示的一连串的二进制码1010 0111 001的示意图:

    从上图示意可以看出:

    在两种曼彻斯特编码中,每个比特位的中间都有一次跳变,用跳变的方向表示0或1。差别在于上升沿和下降沿表示的数字正好相反。

    并用中间的跳变表示要(1)传输的二进制数据,(2)同时中间的跳变又可以作为时钟信号。

    (C)差分曼彻斯特编码

    还有一种差分曼彻斯特编码,它是曼彻斯特编码的改进。

    在差分曼彻斯特编码中,每个比特位的中间也有一跳变。

    但中间的跳变不表示要传输的二进制数据,中间的跳变仅仅作为时钟信号。

    差分曼彻斯特编码的特别之处在于,它不是用固定的波形标识0或1,而是使用了相邻的两个波形符号的变化来标识0或1

    不管前一个波形符号是“类正弦的方波”,还是“类余弦的方波”,

    如果后一个波形符号symbol和前一个的波形符号symbol相同,则表示0,如下图所示,这样标识“0”的波形符号(symbol)就不是唯一的。

    如果后一个波形符号(symbol)和前一个的波形符号(symbol)不同,则表示1,如下图所示,这样标识“1”的波形符号(symbol)就不是唯一的。

    这种编码方式,规避了Thomas曼切斯特编码与802.3 曼切斯特编码,使用固定波形标识0或1的问题。

    如下是三种曼切斯特编码的比较:

    上述三种曼切斯特编码方式,每个时钟位都必然有一次变化,所以这三种编码的效率仅可达到50%左右,这是曼切斯特编码的缺点。

    但优点也是和明显的,就是不需要独立的时钟线传输时钟。

    结论:

    按照无论是数据0还是数据1,都是通过一个完整周期的正弦或余弦信号(当然,也可以说是方波)承载的。

    (3).  物理链路时钟的合成/恢复

    如上描述的,在发送端,在时钟的驱动下,按照曼切斯特编码的数据,本身就内含的发送端的时钟频率

    从上图可以看出,时钟信号是一个方波信号,在数据0或1的电平期间,包含了一个完整的时钟方波信号,一个方波信号是一个高电平,一个低电平的组合。

    时钟信号的周期正好于承载数据0或数据1的类正弦与类余弦的方波信号的周期是一样的,即频率是一样的。

    通过曼切斯特编码,通信的发送端接收端,即不需要专门的时钟信号线来传递时钟信息了。

    接收端通过数字锁相环,从链路中恢复发送端发送二进制比特的时钟信号的频率与相位,且能够完全同步。

    至此10M数据速率的通信方式下,二进制比特就可以通过物理信号进行发送了


    5.4.2  RTL8201  100M以太网通信的原理

    5.4.2.1  PCS子层(Physical Coding Sublayer):物理层编码子层

    PCS子层的功能是物理层的编码/解码。包括三部分:

    (1)PCS子层与MAC层的接口

    (2)PCS子层的包结构

    (3)PCS子层的编码

    (1). 与MAC层的物理接口

    从上图,可看出, MII接口,物理层与MAC层之间是4比特的并行数据,而不是串行数据。

    之所以是4比特的并行数据,与紧接着介绍的4B/5B编码有很大的关系。

    (2)物理层帧的发送

    • Tx_En:启动MAC帧的发送。
    • TXD<3:0>:MAC层的帧,包括前导码、帧同步码、数据净荷和CRC.

    • Tx_ERR:PHY通知MAC,发生发送出错。

    (3)物理层帧的接收

    • RX_DV:有效数据开始
    • RXD<3:0>:MAC层的帧,包括前导码、帧同步码、数据净荷和CRC.

    • RX_ER:物理层接收出错,比如数据接收到一半异常中断,无数据。

    (2). PCS子层包的结构

    物理层的包结构与MAC层的帧结构是一致的。

    (3). PCS子层的编码

    物理层编码一个重要的功能就是把原始的物理层帧数据,编码成适合物理线路传输的二进制数据,主要用于链路控制、检错、纠错和差错后的重传。

    相对于10M速率的物理链路,100M的速率,二进制数据的速率整整提升了10倍,导致每个通信节点之间的干扰也会增加、受到线路噪音的干扰的影响也急剧的增加,因此需要一定的数据编码,用来进行链路控制、检错、纠错和差错后的重传。

    从上图中,可以看出,相对于10M速率,增加了4B/5B编码/解码、扰码/解扰。

    (A)4B/5B编码和解码

    4B/5B编码方案是把4比特的二进制数据转换成5比特二进制数据的编码方案。

    这种编码的特点是将欲发送的数据流每4比特作为一个组,然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5比特的编码。

    5比特的码共有32种组合:

    其中16种组合用于承载4比特的数据。

    其他的16种组合用作链路控制码或保留使用,如表示帧的开始和结束、物理线路的状态(静止、空闲、暂停)等。

    如下是以太网4B/5B数据码映射表:

    4比特的0000被编码成了5比特的11110;

    4比特的1111被编码成了5比特的11101;

    数据的编码效率=4/5 = 80%, 即80%的编码效率。

    4B/5B编码,还有一个重要的特性:即使原始的4比特的数据有4个全0或有3个0,编码后的5B的数据中,0的个数最多也就是2个。

    如:

    0000被编码成了11110  =》4个1,1个0

    0001被编码成了10101 =》3个1, 2个0

    如下是以太网4B/5B控制码编码表:

    11111: 用于物理层数据流之间的填充字符,表示空闲状态,无有效数据,主要用于维持链路时钟同步。

    11000/10001:物理层数据流的开始标志,MAC层帧的前导码的第一个字节被映射成此5B编码。

    01101/00111:物理层数据流的结束标志。没有MAC层帧的相应比特域与之对应,与TX_EN和RX_DV对应。

    发送数据时,MAC层与PHY层之间的电信号TX_EN由高电平变成低电平,则自动转换成物理层数据流的结束标志。

    接收数据时,物理层收到该物理层数据流的结束标志,自动把MAC层与PHY层之间的电信号RX_DV由高电平变成低电平,通知MAC层数据传送完成。

    4B/5B编码的好处:

    • 采用4B/5B编码的主要目的是为了减少传输线路上出现多个连续的0或1,有利于接受端提取时钟信号。也称为保持线路的交流(AC)平衡, 与NRZI编码配合使用。
    • 额外增加的5比特的控制码,用于通信双方,在物理层PCS子层实体之间,进行物理链路的监控和控制。
    • 额外增加的5比特的控制码,用于物理层实体PCS子层把监控到的链路状态,通过芯片的信号管脚,反馈到MAC层。

    PCS子层数据流的结构(4B/5B编码后的物理层的比特流)

    • SSD(11000/10001):物理层使用该5B控制码,替换MAC层帧的前导码preamble的第一个字节。
    • ESD(01101/00111):物理层使用该5B控制码,添加到MAC层帧的尾部。
    • IDLE(11111):物理层空闲指示,用于时钟同步。

    上述5B控制码,对MAC层不可见,终止于PCS子层。

    (B)加码(Scrambling)和解码

    加扰是数字信号的加工处理方法,就是用二进制扰码与原始二进制数据相乘,从而得到新的二进制数据。

    与原始二进制相比,新的二进制在时间上被打散。

    一般来说,数字通信系统的设计及其性能都与所传输的数字信号的统计特性有关。

    通过加扰技术,在不增加新的数据比特的情况下,扰乱原有数据的比特顺序,改变数字信号统计特性,使其近似于白噪声统计特性。这种技术的基础是建立在反馈移存器序列(一种伪随机序列)的理论基础之上。


    5.4.2.2 PMA子层:物理介质连接子层

    PMA的功能包括

    • 发送方向是并串转换,接收方向是串并转换
    • 物理层信号编码
    • 物理链路时钟的合成/恢复

    PMA从PCS接收并行比特流,然后转换成串行比特流发送到PMD层。

    PMA使用数字锁相环PLL,在发送端根据标准时钟接口发送二进制比特流,在接收端PLL同步串行二进制流从中提取时钟。

    (1)并串转换

    这个没有什么可以多说的,就是5比特的并行数据,转换成1bit的串行数据,用于线路发送。

    (2)物理层信号编码

    在10M速率的情况系,采用的是曼切斯特编码,即用一个完整的正弦波或余弦表示的方波信号表示0或1,这种编码方案的优点是,在传输数据的同时,能够通过归零产生的边沿信号来传递时钟周期,不需要专门的时钟信号在收发双方传输时钟信号。

    但缺点也是很明显的,归零导致,编码后信号的频率是编码前的数据频率的2倍,即编码效率只有50%。

    有没有一种不归零的编码方法,既能够传送时钟信号,也能够传送数据,且信号的编码效率100%呢?很显然目前没有找到。

    采用归零码NRZ编码的I2C、SPI串行通信,信号的周期与二进制数据的周期是完全对应的,编码效率达到100%,然而,串行通信的两端,需要专门的时钟信号线传递时钟。

    那么,有没有一种不归零的编码方式,既能够传送时钟信号,也能够传送数据,且信号的编码效率在50%~100%之间呢?

    以太网100M速率的情况下,采用的4B/5B+NRZI混合编码的方式,就能够得到此效果。

    NRZI编码效率为100%,且能够确保在传输数据“1”的情况下,同时能够传递时钟信息。但在传递数据“0”的情况下,无法传递时钟信息。

    4B/5B编码能够确保(1)编码效率达到80%;(2)即使用户数据中包含连续的0比特,该编码可以避免连续的传输数据0比特。

    NRZI + 4B/5B的组合编码,得到这样的效果:既能够传送时钟信号,也能够传送数据,且信号的编码效率在80%。

    不归零码NRZ、曼切斯特编码、差分曼切斯特编码、4B/5B编码在前面已经讨论过了,在这里,探讨一下NRZI

    NRZI(Non Return to Zero Inverted),即不归零反转编码,NRZI是结合了NRZ和差分曼切斯特编码的思想。

    首先,NRZI的基础是不归零码NRZ,因此电信号的符号是高电平与低电平,周期与二进制数据的周期是一样的。

    但为了传递时钟信息,该编码并没有直接使用高电平或低电平表示0或1数据,而是借助了差分曼切斯特编码的思想,即用前后两个电平信号的变化(反转)来表示1和0。

    如果前后两个电平保持不变时(连续的低电平或连续的高电平),表示数据“0”;(全0会导致链路上信号的电平一致恒定不变,好在4B/5B编码解决了全0的问题)

    如果前后两个电平发生变化时(一个高电平+一个低电平或者一个低电平+一个高电平),表示数据“1”。(idle信号就是全1,因此,这样每一次发送1,都有一次跳变,可传递同步时钟信号)

    为了更好的理解NRZI,参见如下示意图:

    全“1”数据的NRZI编码:

    全1的二进制比特的NRZI编码,就是一个与数据比特率等速率的方波周期信号。

    起到传递同步时钟的作用!

    全“0”数据的NRZI编码:

    全0的二进制比特的NRZI编码,是一个恒低电平或恒高电平的信号,没有时钟信息。

    这是NRZI编码最大的缺陷!!

    好在4B/5B编码,弥补了此缺陷,4B/5B编码后,规避了全0的情况,任意4比特的数据,都会被编码成至少包含3个1的5比特数据。

    并且5比特的11111被编码成了idle控制码,用于在没有数据传送时,用此编码传递时钟同步信号:


    5.4.2.3  PMD子层

    PMD子层位于整个网络的最底层, 且只适用于>=100M速率的情形,主要完成

    (1)MDI输出信号

    MDI的接口信号是差分信号,如Tx+, TX-, 就是一对差分信号。

    差分传输是一种信号传输的技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法,差分传输在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相同相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号

    信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。

    从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。

    在非差分信号系统里,"系统地"被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时,这种信号被称之为单端电压。

    当两个导体上被同时加入的一个幅度相等、相位相反的电压,也就是所谓共模信号,信号值是两个导体间的电压差。

    三电平电压:

    逻辑1: 正信号-负信号 = 正电压

    逻辑0: 负信号-正信号 = 负电压

    空闲、无数据:0电压

    差分信号的第一个好处是,线路中传输的信号自包含了“基准信号”,因此能够很容易地识别小信号。在一个“地”做基准的单端信号方案的系统里,测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远,他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大,因此被传输信号的幅度就不能太低。差分信号恢复的信号值在很大程度上与双方的系统'地'信号的精确值无关,只与传输的信号的幅度差有关。

    差分信号的第二个主要好处是,它对外部电磁干扰EMI Electromagnetic Interference)是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值,这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。

    差分信号提供的第三个好处是,在一个单电源系统,能够从容精确地处理'双极'(正负)信号。为了处理单端,单电源系统的双极信号,我们必须在地和电源干线之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号,低于虚地的电压来表示负极信号。接下来,必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号,不需要这样一个虚地,这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度,而无须依赖虚地的稳定性。

    (2)网络变压器

    在物理层芯片输出与RJ45线路信号输出之前还有一个网络变压器,进行电信号的隔离。

    变压器功能

    • 电气隔离

    任何CMOS的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于0V的,PHY输出信号送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。而且如果外部网线直接和芯片相连的话,电磁感应(打雷)和静电,很容易造成芯片的损坏。网络变压器本身就是设计为耐2KV~3KV的电压的。也起到了防雷保护作用。

    再就是设备接地方法不同,电网环境不同会导致双方的0V电平不一致,这样信号从A传到B,由于A设备的0V电平和B点的0V电平不一样,这样可能会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备。

    网络变压器把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号,隔断了信号中的直流分量,还可以在不同0V电平的设备中传送数据。

    从这个层面上看,网络变压器有点像“天线”:设备上的电信号,通过变压器“耦合”到RJ45的线路中,就像天线把电信号耦合成成电磁波信号,发送到空间中一样。

    • 共模抑制

    在双绞线中的每一对信号(如Tx+,Tx-)导线是以双螺旋形结构相互缠绕着。流过每根导线的电信幅度相同、相位差180度,因此其所产生的磁场受螺旋形的制约、抵消,防止了信号自传输过程中能量的散发损耗。

    即对差模信号而言,它在每一根导线上的电流是以相反方向(幅度相等的一对正负信号)在一对导线上传送。如果这一对导线是均匀的缠绕,这些相反的电流就会产生大小相等,反向极化的磁场,使它的输出互相抵消

    在这一点上,正好与天线相反:

    天线中的电流在两根导线上以相同方向流动,并经过寄生电容CP到地返回。在这种情况下,电流产生大小相等极性相同的磁场,它们的输出不能相互抵消。共模电流在对绞线的表面产生一个电磁场, 电信号就通过电磁场散发到空间中。

    (3)SFP光信号接口:光纤连接、电/光转换等功能。

    PMD是由电/光收发器SFP完成的,SFP光模块是光通信的核心器件,是通过光电转换来实现设备间信息传输的接口模块,由接收部分和发射部分组成。其中发送端把电信号转换成光信号,通过光纤传送后,接收端再把光信号转换成电信号,传输媒质为光纤。

    SFP与物理层芯片之间的信号接口:

    发射部分原理

    输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号,其内部带有光功率自动控制电路(APC), 使输出的光信号功率保持稳定。

    接收部分原理

    一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号,经前置放大器后输出相应码率的电信号。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。

    光模块的主要参数及意义

    传输速率

    传输速率指每秒传输比特数,单位 Mbps 或 Gbps。

    目前常用的传输速率有 155Mbps, 1.25Gbps, 2.5Gbps, 10Gbps等。

    传输距离

    光模块一般有多模550m, 单模15km, 40km, 80km和120km等。

    光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般划分如下:

    光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散,这是光模块的传输距离受到限制的主要原因。

    中心波长

    中心波长指光信号传输所使用的光波段,单位纳米(nm), 目前主要有850nm波段、1310nm 波段以及 1550nm 波段。

    至于电信号如何调制到光信号上,将单独的章节探讨。


    至此,用户数据的与“I Love you”对应的二进制数据,经过以太网MAC层封装、物理层的数字编码、电信号符号编码,转成了相关的电信号,再经过网络变压器或SFP光电转换器,就可以在物理线路上发送了。


    第6章 信道对信息的传输过程

    这里的信道主要是指RJ45双绞线信道与光纤信道。


    第7章 信宿对信息的接收过程及其关键原理

    7.1  以太网的解码过程

    7.2 信宿的接收过程

    信宿对信息的接收过是信号的发送过程的反向过程

    (1)信号的接收:

    如果是10/100M电口,这里主要是RJ45口和网络变压器对物理信号的接收

    如果是100M光口,这里主要是SFP光电转换器对光信号的接收,并转换成电信号。

    (2)物理层电信号解码或符号解码

    如果是10电口, 主要是曼切斯特编码解码。

    如果是100M电/光,这里主要是NRZI解码。

    (3)物理层信道解码

    如果是100M电/光,主要是扰码、4B/5B编码

    (4)网络解码

    解码MAC层解帧与CRC校验。

    (5)数据

    经过CRC检查和MAC帧解码,得到“I Love You”对应的二进制ASCII编码的数据。

    (6)信宿:美女B

    美女B是一个程序员,通过二进制,直接翻译成“I Love You”,感受到了帅哥A的浓浓爱意。

    至此,整个以太网通信案例介绍完毕。


    参考

    常见以太网芯片:常用以太网PHY芯片选型---百兆/千兆/车载以太网PHY_打怪升级ing的博客-CSDN博客_常用的phy芯片

    RTL8201内部框图:https://timgsa.baidu.com/timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1598268011668&di=8bc8a57ec60d9413b0dd47ffb82820ef&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fimg1.imgtn.bdimg.com%2Fit%2Fu%3D3426522046%2C4080715175%26fm%3D214%26gp%3D0.jpg

    RTL8201BL中文版数据手册:RTL8201BL数据手册(中文版) - 百度文库

    MLT-3信号编码:MLT-3_百度百科

    编码(NRZ、NRZI、曼彻斯特、4B/5B): 编码(NRZ、NRZI、曼彻斯特、4B/5B) - 苍月代表我 - 博客园

    差分信号详解


    展开全文
  • 基础知识——以太网(Ethernet )

    万次阅读 多人点赞 2020-05-08 15:01:50
    以太网物理实现 以太网——通过LAN的通信 以太网历史 以太网冲突管理 发展到 1Gbps 及以上速度 以太网帧 帧——封装数据包 以太网MAC 地址 十六进制计数和编址 另一个编址层 以太网单播、组播和广播 ...

    目录

    以太网概述

    以太网——标准和实施

    以太网—— 第1层和第2层

    逻辑链路控制——连接到上层

    MAC——获取到介质的数据

    以太网的物理实现

    以太网——通过LAN的通信

    以太网历史

    以太网冲突管理

    发展到 1Gbps 及以上速度

    以太网帧

    帧——封装数据包

    以太网MAC 地址

    十六进制计数和编址

    另一个编址层

    以太网单播、组播和广播

    以太网MAC

    以太网中的MAC

    CSMA/CD – 过程

    以太网定时

    帧间隙和回退

    以太网物理层

    以太网物理层概述

    10 和 和 100 Mbps 以太网

    1000 Mbps 以太网

    以太网—— 未来选择

    集线器和交换机

    传统以太网—— 使用集线器

    以太网 ——使用交换机

    交换机—— 选择性转发

    地址解析协议 (ARP)

    ARP 过程 – 将IP映射到MAC地址

    ARP 过程—— 目的主机在本地网络外

    ARP 过程 – 删除地址映射

    ARP 广播 – 问题


    以太网概述

    以太网——标准和实施

    1980 年,Digital Equipment Corporation、Intel 和 Xerox (DIX) 协会发布了第一个以太网标准。
    1985 年,本地和城域网的电气电子工程师协会 (IEEE) 标准委员会发布了 LAN 标准。
    以太网在 OSI 模型的下两层,也就是 数据链路层和 物理层上运行。

    以太网—— 第1层和第2层

    以太网在第 1 层上涉及信号、在介质中传输的比特流、将信号放到介质上的物理组件以及各种拓扑,它在设备之间的通信中扮演主要角色。

    数据链路子层极大地促进了技术兼容性和计算机通信。

    (1)MAC 子层负责将要用于传送信息的物理组件,并且准备通过介质传输的数据。
    (2)逻辑链路控制 (LLC) 子层保持通信过程所用物理设备的相对独立性。

    逻辑链路控制——连接到上层

    对于以太网,IEEE 802.2 标准规范 LLC 子层的功能,而 802.3 标准规范 MAC 子层和物理层的功能。

    LLC 子层获取网络协议数据(通常是IPv4 数据包)并加入控制信息,帮助将数据包传送到目的节点。

    第 2 层通过 LLC 与上层通信。

    逻辑链路控制(LLC)

    1.建立与上层的连接

    2.将网络层数据包封装成帧

    3.标识网络层协议

    4.保持物理设备的相对独立性

    MAC——获取到介质的数据

    介质访问控制 (MAC) 是数据链路层以太网子层的下半层,由硬件(NIC)实现
    以太网 MAC 子层主要有两项职责
    (1)数据封装
    (2)介质访问控制

    数据封装:帧定界、编址、错误检测

    介质访问控制:对于将帧放入介质中和从介质中取下帧实施控制、介质恢复

    以太网的物理实现

    以太网的成功离不开以下因素:
    (1)维护的简便性
    (2)整合新技术的功能
    (3)可靠性
    (4)安装和升级成本
    在当今的网络中,以太网使用UTP 铜缆和光缆通过集线器和交换机等中间设备连接网络设备。

    以太网——通过LAN的通信

    以太网历史

    以太网技术基础最早起步于 1970 年,是在一个叫做 Alohanet 的计划中提出来的。
    以太网第一个版本融入了一种称为 载波侦听多路访问/ 冲突检测 (CSMA/CD) 的介质访问方法。
    CSMA/CD 负责管理多台设备通过一个共享物理介质通信时产生的问题。

    以太网的早期版本使用同轴电缆在总线拓扑中连接计算机。
    粗缆 (10BASE5)
    细缆 (10BASE2)
    最初的同轴粗缆和同轴细缆等物理介质被早期的 UTP 类电缆所取代。 物理拓扑也改为使用集线器的星型拓扑。

    以太网冲突管理

    (1)传统的以太网---半双工
    基于共享的介质,每次只有一个站点能够成功发送。
    随着更多的设备加入以太网,帧的冲突量大幅增加。

    (2)当前的以太网---全双工
    交换机可以隔离每个端口,只将帧发送到正确的目的地(如果目的地已知),而不是发送每个帧到每台设备,数据的流动因而得到了有效的控制。

    发展到 1Gbps 及以上速度

    一些设计和安装都很优秀的现代网络,其设备和电缆可能只需要略加升级,便能以更高的速度运行。这种功能具有降低网络总拥有成本的优点。

    在以太网中使用光缆后,电缆连接距离大幅延长,使 LAN 与 WAN 之间的差异没那么明显了。
    以太网最初局限于单一建筑物中的 LAN 电缆系统,后来扩展到建筑物之间,而现在可以覆盖一个城市,称之为城域网 (MAN)。

    以太网帧

    帧——封装数据包

    以太网帧结构向第 3 层 PDU 添加帧头和帧尾来封装所发送的报文。
    以太网帧有两种样式:IEEE 802.3(原始)和修订后的 IEEE 802.3(Ethernet)。

    “前导码”(7 个字节)和“帧首定界符 (SFD)”(1 个字节)字段用于同步发送设备与接收设备。

    “目的 MAC 地址”字段(6 个字节)是预定接收方的标识符。

    “源 MAC 地址”字段(6 个字节)标识帧的源网卡或接口。

    “长度/类型”字段(2 个字节)定义帧的数据字段的准确长度。

    “数据”和“填充位”字段(46 - 1500 个字节)包含来自较高层次的封装数据(一般是第 3 层 PDU 或更常见的 IPv4 数据包)。

    “帧校验序列 (FCS)”字段(4 个字节)用于检测帧中的错误。它使用循环冗余校验(CRC)。发送设备在帧的 FCS 字段中包含 CRC 的结果。

    以太网MAC 地址

    为协助确定以太网中的源地址和目的地址,创建了称为介质访问控制 (MAC) 地址的唯一标识符。
    MAC 编址作为第 2 层 PDU 的一部分添加上去。
    以太网 MAC 地址是一种表示为 12 个十六进制数字的 48 位二进制值。

    IEEE 要求厂商遵守两条简单的规定:
    分配给网卡或其它以太网设备的所有 MAC 地址都必须使用厂商分配的 OUI 作为前 3个字节。
    OUI 相同的所有 MAC 地址的最后 3 个字节必须是唯一的值(厂商代码或序列号)。
    MAC 地址通常称为烧录地址 (BIA),因为它被烧录到网卡的 ROM(只读存储器)中。

    十六进制计数和编址

    十六进制 ("Hex") 是以 16 为基数的计数系统使用数字 0 到 9 和字母 A 到 F。
    十六进制通常以 0x 前导的文本值(如 0x73)或 16 为下标的值表示。

    十六进制用于表示以太网 MAC 地址和 IP V6 地址。.
    你已经在 Wireshark 的 Packets Byte(数据包字节)窗格见过十六进制,在那里十六进制用于表示帧和数据包中的二进制值。

    另一个编址层

    OSI 数据链路层(第 2 层)物理编址,是作为以太网 MAC 地址实现的,用于通过本地介质传输帧。
    IPv4 地址等网络层(第 3 层)地址普遍存在的源和目的端都理解的逻辑编址。.

    以太网单播、组播和广播

    在以太网中,第 2 层单播、组播和广播通信会使用不同的 MAC 地址。
    单播 MAC 地址是帧从一台发送设备发送到一台目的设备时使用的唯一地址。

    发送广播时,数据包以主机部分全部为一 (1) 的地址作为目的 IP 地址。这种地址计数法表示本地网络(广播域)中的所有主机都将接收和处理该数据包。
    许多网络协议,如动态主机配臵协议 (DHCP) 和地址解析协议 (ARP) 等,都使用广播。

    组播地址允许源设备向一组设备发送数据包。
    属于某一组播组的设备都被分配了该组播组 IP 地址。组播地址的范围为 224.0.0.0到 239.255.255.255。

    以太网MAC

    以太网中的MAC

    以太网使用载波侦听多路访问/冲突检测 (CSMA/CD) 来检测和处理冲突,并管理通信的恢复。
    设备可以确定能够发送的时间。当设备检测到没有其它计算机在传送帧或载波信号时,就会发送其要发送的内容。

    CSMA/CD – 过程

    载波侦听---在 CSMA/CD 访问方法中,要发送报文的所有网络设
    备在发送之前必须侦听。多路访问---如果设备之间的距离导致一台设备的信号延时,则另一台设备可能没有检测到信号,从而也开始发送。
    冲突检测---当设备处于侦听模式时,可以检测共享介质中发生的冲突。
    堵塞信号和随机回退---发送设备检测到冲突之后,将发出堵塞信号。这种堵塞信号用于通知其它设备发生了冲突,以便它们调用回退算法。回退算法将使所有设备在随机时间内停止发送,以让冲突消除。

    载波侦听多路访问/冲突检测 (CSMA/CD)

    1.在传输之前侦听——监控介质中是否有流量

    2.在传输之前侦听——检测到载波信号

    3.等待指定的时间——信号通过。稍后重试

    4.在传输之前侦听——监控介质中是否有流量

    5.未检测到载波信号——计算机传输

    6.在传输之前侦听——监控介质中是否有流量

    7.未检测到载波信号——计算机传输

    8.发送冲突

    9.发出堵塞信号

    10.回退定时器——稍后重试

    如图所示,集线器互连成一个称为“扩展星型”的物理拓扑。扩展星型可以极大地扩展冲突域。
    通过一台集线器或一系列直接相连的集线器访问公共介质的相连设备称为冲突域。冲突域也称为网段。
    集线器和中继器因此会影响冲突域大小的增长。

    以太网定时

    发送的电信号需要一定的时间(延时)传播(传送)到电缆。信号路径中的每台集线器或中继器在将比特从一个端口转发到下一个端口时,都会增加延时时间。
    这种累加的延时将会增大冲突发生的机率,因为侦听节点可能会在集线器或中继器处理报文时跳变成发送信号。

    吞吐量速度为 10 Mbps 及以下的以太网通信是异步通信。这种环境下的异步通信意味着,每台接收设备将使用 8 个字节的定时信息来使接收电路与传入的数据同步,然后丢弃这 8 个字节。
    吞吐量为 100 Mbps 及更高的以太网通信是同步通信。这种环境下的同步通信表示不需要定时信息。但是,由于兼容性的原因“前导码”和“帧首定界符 (SFD)”字段仍然存在。

    不管介质速度如何,将比特发送到介质并在介质上侦听到它都需要一定的时间。这段时间称为比特时间。
    实际计算的碰撞槽时间刚好比在冲突域的最远两点之间发送所需的理论时间长,与另一个时间最近的发送发生冲突,然后让冲突碎片返回发送站点而被检测到。

    帧间隙和回退

    以太网标准要求两个非冲突帧之间有最小的间隙。这样,介质在发送上一个帧后将获得稳定的时间,设备也获得了处理帧的时间。
    此时间称为帧间隙,其长度是从一个帧的 FCS 字段最后一位到下一个帧的“前导码”第一位。

    只要一检测到冲突,发送设备就会发送一个 32 位“堵塞”信号以强调该冲突。这可确保 LAN 中的所有设备都能检测到冲突。

    回退定时:冲突发生后,所有设备都让电缆变成空闲(各自等待一个完整的帧间隙),发送有冲突的设备必须再等待一段时间,然后才可以重新发送冲突的帧,这段等待时间会逐渐增长。

    以太网物理层

    以太网物理层概述

    以太网遵守 IEEE 802.3 标准。目前为通过光缆和双绞线电缆的运行定义
    了四种数据速率:
    (1)10 Mbps - 10Base-T 以太网
    (2)100 Mbps - 快速以太网
    (3)1000 Mbps - 千兆以太网
    (4)10 Gbps - 万兆以太网

    10 和 和 100 Mbps 以太网

    主要的 10 Mbps 以太网包括:
    (1)使用同轴粗缆的 10BASE5
    (2)使用同轴细缆的 10BASE2
    (3)使用 3 类/5 类非屏蔽双绞线电缆的 10BASE-T

    100 Mbps 以太网也称为快速以太网,可以使用双绞线铜缆或光纤介质来实现。最常见的 100 Mbps 以太网有:
    (1)使用 5 类或更高规格 UTP 电缆的 100BASE-TX
    (2)使用光缆的 100BASE-FX

    1000 Mbps 以太网

    千兆以太网标准的开发产生了 UTP 铜缆、单模光缆和多模光缆的规格。
    1000BASE-T 以太网使用全部四对 5 类或更高规格的 UTP 电缆提供全双工发送。

    与 UTP 相比,光纤千兆以太网 - 1000BASE-SX 和 1000BASE-LX 有以下优势:无杂信、体积小,并且无需中继的距离远,带宽高。

    以太网—— 未来选择

    IEEE 802.3ae 标准经过改编,纳入了 10 Gbps - 通过光缆进行的全双工发送。
    万兆以太网 (10GbE) 在不断发展,不仅用于 LAN,而且用于 WAN 和 MAN。
    千兆以太网现已得到广泛采用,万兆产品也在不断增加,但 IEEE 和万兆以太网联盟仍未继续研究 40、100 甚至 160-Gbps 的标准。

    集线器和交换机

    传统以太网—— 使用集线器

    传统以太网使用集线器来连接 LAN 网段中的节点。集线器不执行任何类型的通信过滤,而是将所有比特转发到其连接的每台设备。

    以太网 ——使用交换机

    交换机可以将 LAN 细分为多个单独的冲突域,其每个端口都代表一个单独的冲突域,为该端口连接的节点提供完全的介质带宽。 

    在所有节点直接连接到交换机的 LAN 中,网络的吞吐量大幅增加。这种增加主要缘于三个原因:
    (1)每个端口有专用的带宽
    (2)没有冲突的环境
    (3)全双工操作

    交换机—— 选择性转发

    以太网交换机选择性地将个别帧从接收端口转发到连接目的节点的端口。
    交换机维护着一个表,称为MAC 表。该表将目的 MAC 地址与用于连接节点的端口进行比对。

    以太网 LAN 交换机采用五种基本操作来实现其用途:
    获取、过期、泛洪、选择性转发、过滤 

    地址解析协议 (ARP)

    ARP 过程 – 将IP映射到MAC地址

    ARP 协议具有两项基本功能:
    (1)将 IPv4 地址解析为 MAC 地址;(2)维护映射的缓存

    具体的ARP转发过程可以看我之前的文章《网络基础知识之ARP协议》

    ARP 过程—— 目的主机在本地网络外

    如果目的 IPv4 主机不在本地网络上,则源节点需要将帧传送到作为网关的路由器接口,或用于到达该目的地的下一跳。

    源节点将使用网关的 MAC 地址作为帧(其中含有发往其它网络上主机的 IPv4 数据包)的目的地址。

    使用 ARP 代理时,就好像路由器接口是具有 ARP 请求所请求的 IPv4 地址的主机一样。
    另一种使用代理 ARP 的情况是:主机认为它已经直接连接到目的主机所在的逻辑网络。如果主机配臵了错误的掩码,通常会发生这种情况。
    还有一种使用代理 ARP 的情况是主机没有配臵默认网关。代理 ARP 可以帮助网络中的设备到达远程子网,而无需配臵路由或默认网关。

    ARP 过程 – 删除地址映射

    对于每台设备,ARP 缓存定时器将会删除在指定时间内未使用的 ARP 条目。具体时间取决于设备及其操作系统。

    ARP 广播 – 问题

    介质开销
    安全性--ARP 欺骗/ ARP 毒化

    展开全文
  • 链路层编址 ...MAC地址的作用是标识局域网内一个帧从哪个接口到哪个物理相连的其他接口.因此,拥有多个网络接口的主机或路由器将具有与之相关联的多个链路层地址,就像他们也具有多个IP地址一样.需要...

    链路层编址

    1. 地址解析协议(ARP),该协议为节点提供了将IP地址转换为链路层地址的机制。
    2. 动态主机配置协议(DHCP)。

    MAC地址

    并非节点具有链路层地址,而是节点的适配器(网络接口)具有链路层地址(MAC)。 
    MAC地址的作用是标识局域网内一个帧从哪个接口到哪个物理相连的其他接口.因此,拥有多个网络接口的主机或路由器将具有与之相关联的多个链路层地址,就像他们也具有多个IP地址一样.需要注意的是,链路层交换机没有MAC地址. 
    MAC地址也被称为LAN地址,物理地址. 
    MAC地址长度为6个字节,,共有2^48个可能的MAC地址. 
    MAC地址空间由IEEE统一管理.当一个公司要生产适配器的时候,他象征性的付一点钱给IEEE,买一个2^24的地址空间.IEEE固定前24位,后24位由各个公司自己生成唯一标识. 
    当适配器收到一个帧时,会先检查这个帧的MAC地址与自己的接口MAC是否一致,如果不匹配就丢弃该帧,如果匹配向上传递.这种适配是使用硬件实现的. 

    FF-FF-FF-FF-FF-FF是唯一的用来广播的MAC地址

    地址解析协议(ARP)

    ARP做什么? 

    ARP:将32位的IP地址转换为48位的物理地址MAC。

    ARP的任务是把网络层的IP地址和链路层的MAC进行转换 
    在发送主机的ARP模块将取在相同局域网上的任何IP地址进行输入,然后返回相应的MAC地址 
    DNS和ARP很相似,但是DNS和ARP的区别是DNS为因特网上的任何主机解析主机名,而ARP只为在同一个子网上的主机和路由器接口解析IP地址. 
    ARP如何工作? 
    每台主机或者路由器在它的内存中都有一张ARP表,这张表包含了IP地址到MAC地址的映射关系.ARP表中也有一个寿命(TTL)值,它指示了从表中删除每个映射的时间,一个表项的过期时间一般是20分钟 
    这张表不必为该子网上的每台主机和每个路由器都包含一个表项,某些可能从没进入过表,某些可能已经过期 
    当主机222.222.222.220要发送一个数据报,该数据报要IP寻址到本子网上另一台主机或路由器.发送主机需要拿到MAC地址然后进行发送.如果ARP表中有这一项,那么直接取即可.如果没有,那么就会发送一个ARP分组. 
    一个ARP分组有几个字段,包括发送和接收IP地址和MAC地址.ARP查询分组和ARP响应分组都具有相同格式. 
    222.222.222.220使用MAC广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF向它的接口传递一个ARP查询分组,接口在链路层帧中封装这个ARP分组,用广播地址作为帧的目的地址,并将该帧传输进子网中,子网中的每个结点的接口都能收到该帧,并都把该帧中的ARP分组向上传给ARP模块,ARP检查查询分组中的目的IP地址和自己的IP是否一样,其中匹配的那一个给查询主机送回(不是广播)一个ARP响应,然后222.222.222.220更新它的ARP表并发送IP数据报,该数据报被封装在链路层帧中,且该帧的目的MAC就是对先前ARP请求进行响应的MAC地址。

    TIP:

    • ARP查询是广播,ARP响应是标准传输
    • ARP是即插即用的,不需要管理员配置
    • ARP是跨越链路层和网络层边界的协议
    • 当向另一个子网中发送数据时,每次都会使用ARP找到下一跳,然后一跳一次的穿过去.不能用ARP直接解析,因根本不在一个子网中

    ARP报文格式如下:

    硬件类型(16位):指定物理地址的类型,1表示以太网。

    上层协议类型(16位):指定要将MAC地址映射成什么协议的地址。0x0800表示IP地址。

    MAC地址长度(8位):指定MAC地址的长度,单位是字节。

    协议地址长度(8位):指定协议地址的长度,单位为字节。

    操作类型:1表示ARP请求、2表示ARP回应、3表示RARP请求,4表示RARP回应。

    接下来为发送源的物理地址和协议地址(由于回应时要知道发送给谁,以此来封装以太帧),目的物理地址和协议地址。

    封装ARP请求时,发送源除了目的物理地址外都会填写。

    当路由器或主机选择了某条路由时,首先会查找ARP缓存,若缓存中有对应IP地址的物理地址,则以此封装以太帧,否则会广播(为二层广播)ARP报文,每个主机接收到ARP请求报文后,会缓存发送源的IP——MAC对到ARP缓存中,目的主机会发送ARP回应(此时为单播),当发送源接收到回应时,会将目的方的IP——MAC对存放在ARP缓存中。在点到点的物理连接中,是不会用到ARP报文的,在启动时双方都会通告对方自己的IP地址,此时物理层的封装不需要MAC地址。windows上可以使用arp -a查看本机的ARP缓存。ARP缓存中的每个条目的最大存活时间为20分钟(从条目创建时开始计时)。

     

    ARP代理:

    之前说ARP请求是广播的,我们知道路由器是分割广播域的(这部分在CCNA总结中会讲),如果我们要查询的IP地址在外网怎么办?此时就需要ARP代理,当发送源广播ARP请求时,本地网络上不会有主机回应(因为IP地址是外网的),此时路由器将会回应该请求,则发送源误认为路由器就是目的主机,会将报文全部转发给它,再由路由器转发报文,则该路由器就被称为ARP代理。

    免费ARP:

    在主机开机配置时,会发送一个目的IP地址为自己IP地址的ARP请求报文,该报文称为免费ARP,其作用如下:

    1、让主机确认本地网络上是否有与自己IP地址相同的主机,若有,则ICMP错误报文被返回。

    2、若接收主机ARP缓存中本身就有发送源主机的IP——MAC对,则会更新,否则,会缓存发送源的IP——MAC对。

     

    局域网中一台主机获取已知一台IP地址的主机的硬件地址过程:(ARP解析过程)

    当主机A向本局域网上的主机B发送IP数据报时,先在ARP高速缓存中查找B主机IP所对应的硬件地址,要是找到了,就将此硬件地址写入到MAC帧首部的目的地址中,然后通过局域网发送;要是没有找到,那么主机A会运行ARP,将会按照以下步骤找出主机B的硬件地址。

    ①主机A想局域网中广播发送一个ARP请求分组,广播的主要内容是:“我的IP地址是IPA,我的硬件地址是MACA,我要知道IP地址为IPB的主机的硬件地址”。

    此时局域网中的主机都会收到这样的一个数据帧:

    ②链路层在接收到这个数据帧之后将有效载荷和报头分离之后,将有效载荷交付给ARP协议进行处理(因为MAC帧首部的帧类型为ARP协议)。

    ③在所有局域网中的主机获得链路层交付的有效载荷后,它们会对其进行处理,发现其中的接收端IP地址(目的IP地址)与自己的IP地址不同,则会将该数据报丢弃,不做处理。只有B主机会发现接收端IP地址与自己的IP地址相同,此时B主机会向A主机单播一个响应分组(因为通过A的广播,B知道了A的IP地址和硬件地址),“我的IP是IPB,我的硬件地址是MACB”。

    ARP响应报文,操作类型字段应该为2,上图有误,将1改为2

    ④在主机A收到主机B的ARP响应分组后,就在ARP的高速缓存中写入B主机的IP地址到硬件地址的映射。

    以太网

    以太网是一种局域网技术. 
    以太网现行的主要结构是星型拓扑,不再使用集线器,而是使用交换机. 
    交换机不仅是无碰撞的,而且是名副其实的存储转发分组交换机.交换机运行在第二层.

    以太网帧结构

    |–前同步码–|–目的地址–|–源地址–|–类型–|–数据–|–CRC–|

    字段描述
    数据字段(46-1500字节)这个字段承载IP数据报.以太网的最大传输单元(MTU)是1500字节.如果超过就要分片.最小是46字节,如果不足,就要填充.网络层使用IP数据报标记的长度来确定去掉填充的字节.
    目的地址(6字节)目的接口的MAC地址.只有本接口地址和广播地址,帧中的数据字段才会被接收方送到网路层.
    源地址(6字节)发送者的MAC地址
    类型字段(2字节)不一定数据一定是IP数据报.可能是各种不同的网络协议.比如ARP,AppleTalk等.用来标记网络层协议类型,以正确分发给网络层
    CRC(4字节)使接收接口检测帧中是否引入了差错
    前同步码(8字节)前七个字节(10101010)用来”唤醒”接收适配器,并且同步时钟频率(为了支持不同的以太网速率总会产生漂移).第8个字节(10101011)最后两个比特(第一个连续出现的1)用来警告网卡:”数据马上到来”

    以太网面向无连接,都向网络层提供不可靠服务.当使用CRC检测到帧错误后,它只是简单的丢掉,不会确认重传

    链路层交换机

    交换机的任务是接收入链路层帧并将它们转发到出链路。交换机自身对子网中的主机和路由器是透明的。

    交换机转发和过滤

    过滤是决定一个帧应该转发到某个接口还是应当将其丢弃的交换机功能. 
    转发是决定一个帧应该被导向哪个接口并且导向这个接口的功能. 
    转发和过滤通过交换机表来完成 
    交换机表项有:

    • MAC地址
    • 通向该MAC地址的接口号
    • 表项放在表中的时间

    交换机转发的分组和路由器不一样,交换机转发的分组基于MAC地址 
    当一个目的地址发来时,交换机做这样的处理:

    • 表中没有该表项时,交换机广播(除了来源接口)
    • 查表得来源接口和目的接口一样,交换机丢弃分组(已经在包含目的地的局域网网段广播过了)
    • 查表得有一个表项匹配,且不是来源接口,交换机转发分组过去.

    自学习

    交换机是这样自学习的:

     

    • 交换机初始为空
    • 每个入帧到达,交换机会存储1.该帧源地址2.该帧到达的接口3.当前时间
    • 如果过了老化期后,交换机没有收到同一个源地址的帧,交换机就删除这个表项.(防止接口上的一台PC被另一个替换)

    交换机是即插即用的;是双工的,任何交换机接口能够同时发送和接收

    链路层交换机的性质

    交换机的几个优点:

    • 消除碰撞:使用交换机的局域网没有因碰撞浪费的带宽.交换机缓存帧,并且同一时刻只发一个.最大聚合带宽是所有接口之和
    • 异质的链路:交换机将链路彼此隔离
    • 管理:交换机易于进行网络管理

    TIP:交换机毒化

    • 攻击者向交换机发送大量具有不同源MAC地址的分组,用伪造表项填满交换机表项.让正常的分组没办法传输,交换机只能广播大部分的帧,这些帧能够由嗅探器俘获到

    交换机与路由器比较

    交换机的优点和缺点 
    优点 :

    • 即插即用
    • 具有相对较高的分组过滤转发速率

    缺点:

    • 大型交换网络要求主机和路由器上有大的ARP表,这将生成可观的ARP流量和处理量.
    • 交换机对于广播风暴不提供任何保护措施,如果主机出故障不停广播帧,交换机会转发所有帧,让以太网崩溃

    路由器的优点和缺点 
    优点:

    • 路由器没有生成树限制,所以路由器允许以丰富的拓扑结构构建因特网
    • 路由器对第二层的广播风暴提供了防火墙保护

    缺点:

    • 不是即插即用的
    • 处理分组时间长

    链路虚拟化:网络作为链路层

    多协议标签交换的目标是:对于基于固定长度标签和虚电路的技术,在不放弃基于目的地IP数据报转发的基础设施的前提下,当可能是通过选择新的标识数据报并允许路由器基于固定长度的标签(而不是目的地IP地址)转发数据报来增强功能 
    MPLS分组只能在MPLS使能的路由器之间发,因为MPLS首部位于链路层和网络层首部之间,普通路由器不认识. 
    MPLS使能的路由器会通告其他路由自己能到达的目的地A,并且通告MPLS的某个标签可以到达目的地A. 
    当一个MPLS分组到达时,路由器解析入标签,查MPLS表,然后把标签换成表中的出标签,发送到表中标记的接口中(类似虚电路). 
    MPLS可以配置一条预计算的无故障的路径来应对链路故障.

     

    在发送数据时,数据从高层到低层,然后才到通信链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层,就被封装成了MAC帧。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址。连接在通信链路上的设备(主机或路由器)在接收MAC帧时,根据是MAC帧首部的硬件地址。在数据链路层看不到隐藏在MAC帧中的IP地址。只有在剥去MAC帧的首部和尾部后把MAC层的数据交给网络层后,网络层才能在IP数据报的首部中找到源IP地址和目的IP地址。 

     

     

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  • 计算机网络之IP协议与以太网

    千次阅读 多人点赞 2022-05-05 12:48:40
    本篇文章将介绍网络层和数据链路层的协议——IP协议与以太网,包括协议的格式,以及协议中每个字段的作用。
  • 什么是车载以太网 随着近年汽车电子的快速发展,车内ECU数量的持续增加,带宽需求也随之不断增长。对此,汽车制造商的电子系统、线束系统等成本也在提高。而相比于传统总线技术,车载以太网不仅可以满足汽车制造商...
  • OSI数据链路层作为七层模型的第2层负责把上面传的数据封装经物理层传出去,也就是在整个数据进行打包的最后一道工序,好比打包完成准备装车发送一样。数据帧是什么结构?有什么功能? EthernetⅡ帧,以太网中大多数...
  • 以太网协议

    千次阅读 2018-11-23 15:38:52
    当网卡收到一个桢后查看桢检验和,如果桢检验和出错则丢弃,然后进行桢过滤,检验其桢是否具有合法的桢类型,其目的地址是否和自己的物理地址相同,或者是否是多播地址,然后根据帧类型进行分用。 另外网卡可以设置...
  • 1 以太网的由来 以太网不是单一协议,而是不同标准的完整集合。这些标准来自 IEEE,它们的名字都以 802.3 开头。 以太网技术起源于施乐帕洛阿尔托研究中心的先锋技术项目。人们通常认为以太网发明于1973年,当年鲍勃...
  • 2.以太网帧结构

    千次阅读 2020-08-03 10:42:02
    网络传输数据时需要定义遵循一些标准,以太网是根据IEEE 802.3标准来管理和控制数据帧的。了解IEEE 802.3标准是充分理解以太网中链路层通信的基础。 2.网路通信协议 20世纪60年代以来,计算机网络得到了飞速发展。...
  • 以太网帧分析

    千次阅读 2021-09-21 16:05:56
    网络连接的物理寻址存在于数据链路层。在数据链路层传输的协议单元称为帧(frame)。 数据链路层将数据位组合成称为帧的实体。 以太网等网络拓扑存在于数据链路层。 网络交换机是数据链路层最常见的网络设备。 ...
  • 以太网及网络工作原理一

    千次阅读 2021-12-05 02:06:20
    1、WAN、LAN和以太网简介 介绍以太网(Ethernet)我们首先要与广域网(WAN)、局域网(LAN)这两种概念区分开来,广域网(WAN),WAN我们常在家用路由上看到这个接口,WAN是由无数局域网构成,提供网络服务,让公司...
  • 和 IEEE 802.3标准的Ethernet帧结构的区别前导码类型字段和长度字段Ethernet帧结构分析目的地址和源地址字段帧校验字段Ethernet接收流程分析Ethernet网卡 “以太”来源于19世纪物理学家解释光在空间中传播的介质:...
  • 文章目录1. 以太网 TCP:提供数据传输的可靠性策略(丢包重传,流量控制,拥塞控制,滑动窗口等等) IP:提供数据传输的能力,让数据...以太网并不是具体的网络,而是技术标准,既包含数据链路层部分也包含物理层部分
  • 以太网数据帧格式及ARP协议

    千次阅读 2020-08-29 15:59:52
    一、以太网中数据帧结构 以太网是目前最流行的一种局域网组网技术(其他常见局域网组网技术还有令牌环局域网、无线局域网...为了实现底层数据的正确阐述,物理层使用7个字节前同步码(0和1交替的56位(55-55-55-55...
  • Cisco 第四章 以太网 测试考试答案

    万次阅读 多人点赞 2021-10-30 10:32:17
    6.在封装过程中,连接以太网网络的PC的数据链路层上会执行什么操作?7.哪两个语句描述了数据链路层提供的服务?(选择两项)。8.数据链路帧的帧尾包含什么内容9.下列哪项陈述描述了数据链路层帧头字段的特征?选择一...
  • 在开始阅读之前,如果你对已介绍的总线技术还不了解的话,可以先阅读以下文章快速温习一下,等补完车载以太网和MOST,汽车总线技术楼主基本分享结束了。说一说LIN总线CAN总线基础(一)CAN总线基础(下)CAN FD 介绍...
  • 实验二网络协议以太网帧分析

    千次阅读 2020-11-21 20:48:12
    实验二 以太网帧分析 实验目的:掌握以太网的帧首部格式,理解其功能与含义。 原理概述: 在有线局域网中,目前只有一种,即以太网。下图是以太网的帧格式。 实验内容步骤: IP地址用于标识因特网上每台主机,而...
  • 总线型以太网

    千次阅读 2020-08-10 22:17:21
    1、局域网和以太网的区别 局域网(Local Area Network,LAN)是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、...
  • 以太网帧大小必须在64~1518字节(不包含前导码和定界符),即包括目的地址(6B)、源地址(6B)、类型(2B)、数据、FCS(4B)在内,其中数据段大小在46~1500字节之间。 以太网帧结构 以太网由前导码(7B)、定界...
  • 以太网抓包的基础知识

    万次阅读 2020-09-07 09:34:29
    【1】以太网 【2】网卡工作模式 【3】Tcpdump 的用法 【1】以太网 路由器:(Router)是连接因特网中各局域网、广域网的设备。...集线器:(Hub)是指将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备
  • 正确答案:B ✨✨✨我是分割线✨✨✨ 5.2 物理层设备 1.中继器(转发器) Q1:为什么会有中继器? A1:由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。...
  • 以太网帧解析

    千次阅读 2021-05-08 10:56:20
    解析以太网数据帧的关键是获取类型字段,然后根据类型字段将数据字段的数据交给上层协议进行处理,同时保存下目的MAC地址和源MAC地址,以供后续其他使用。 以太网帧数据格式: 1.前同步码 前7B都是10101010,...
  • 以太网通信及设计

    千次阅读 2021-04-09 13:22:48
    以太网(Ethernet),是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。 优点:成本低、通信速率高、抗干扰性强 以太网分类 标准以太网:10Mbit/s 快速...
  • 以太网通讯报文详解

    千次阅读 2022-02-07 10:30:56
    以太网通讯报文详解 来源:编程帮,http://c.biancheng.net/view/6385.html 1、物理层协议有:EIA/TIA-232, EIA/TIA-499,V.35, V.24,RJ45, Ethernet, 802.3 2、数据链路层协议有:Frame Relay,HDLC,PPP, ...
  • 最近工作时需要使用虚拟的网卡,并且需要修改网卡地址(MAC),从网上查询一番(互联网真强大--!)结果如下: 可以生成虚拟网卡的方法有三种: 1、使用VMware的虚拟网卡。为什么先说这个方法因为我电脑上已经安装的...

空空如也

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正确的以太网物理地址