以太网及网络工作原理二

2、以太网工作原理
2.2、以太网数据帧
2.3、数据帧传输
2.4、交换机的工作原理
2.5、网线的分类
2.6、千兆以太网
2.6.1、千兆位以太网标准主要四种类型的传输介质
2.6.2、千兆以太网传输速率

2、以太网工作原理

2.2、以太网数据帧

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，以太网中大多数的数据帧使用的是EthernetⅡ格式。
前导码：由7字节同步码和1字节帧开始定界符组成。7字节同步码作用使接收端的适配器在接收 MAC 帧时能够迅速调整时钟频率，使它和发送端的频率相同，这个比方作练习乐器时，先调好节拍器，心中嘀···嗒···嘀···嗒数好节拍。

1字节帧首定界符，SFD的值为10101011，作用：作为帧开始的信号，SFD提醒接收站，这是最后一次进行同步的机会，最后两个比特提醒接收方准备接收，接下来的字段是目的地址。

目标MAC地址：是目的MAC地址。DestinationMAC字段长度为6个字节，标识帧的接收者，接收方的网络适配器的物理地址（MAC 地址）。

源MAC地址：发送方的标识，SourceMAC字段长度为6个字节网络适配器的物理地址（MAC 地址）。

类型字段：于标识数据字段中包含的高层协议，该字段长度为2个字节。类型字段取值为0x0800的帧代表IP协议帧；类型字段取值为0806的帧代表ARP协议帧。

数据：也称为效载荷，表示交付给上层的数据。以太网帧数据长度最小为 46 字节，最大为 1500 字节。如果不足 46 字节时，会填充到最小长度。最大值也叫最大传输单元（MTU）。

来自应用层数据在传输层分段，网络层分组，添加目标MAC地址和源MAC地址及类型后封装成的数据。

帧校验序列 FCS：检测该帧是否出现差错，占 4 个字节（32 比特）。发送方计算帧的循环冗余码校验（CRC）值，把这个值写到帧里。接收方计算机重新计算 CRC，与 FCS 字段的值进行比较。如果两个值不相同，则表示传输过程中发生了数据丢失或改变。这时，就需要重新传输这一帧。

查看网络抓包的EthernetⅡ帧，通过上图我们能看到EthernetⅡ帧的结构。

常见帧的类型字段：

序号	类型字段
1	0x0800 表示该帧的上层封装的是IP协议
2	0x0806 表示该帧的上层封装的是ARP协议
3	0x86DD 表示该帧的上层封装的是IPv6协议
4	0x8847（单）/8848（组）表示该帧的上层封装的是MPLS协议
5	0x8864/8864 表示该帧的上层封装的是PPPoE协议
6	0x8809 表示该帧的上层封装的是LACP协议

2.3、数据帧传输

EthernetⅡ帧报文加入源MAC地址和目的地址，实现在以太网的通信，MAC地址是厂商在生产设备时，写入网卡的编号到芯片里，用于标识硬件设备。交换机转发过滤表中收录通过的数据信号中的MAC地址，对应数据帧的出入接口。

当目的地址与交换机的转发过滤表MAC地址符合时，就允许数据帧从对应接口接收或转发，没有就放弃，MAC地址的第一字节的第8比特是0表示是唯一的目的地址，一对一发送，也就是单播。

MAC地址的第一字节的第8比特是1表示是组播，组播是有选择性的广播，不是对全体传送数据，而是对加入的组播的多个节点发送数据。

目的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF时，表示对以太网内所有节点都发送，称为广播。广播方式会产生大量流量，导致带宽占率过高，会挤占其它通信的通过带宽。

以太网网卡的工作原理：从PCI总线接收到IP数据包，重新打包成最大1518B，最小64B的帧。添加源MAC地址和数据包里面的协议类型(IPv4类型、IPv6类型、ARP类型等），然后查找目标MAC地址，发出一个ARP包，其MAC帧的目标地址是广播地址，获得对应IP的MAC地址，加入帧。
网卡自动识别所连接的交换机，按照物理层的编码规则(10Based-T的NRZ编码或100based-T的曼彻斯特编码)把数据编码，再变为模拟信号把数据送出去。

总结：EthernetⅡ帧工作在2层，第三层是路由器使用IP地址，设定好起点和终点，第二层数据帧的MAC地址的设定，则是整个线路中每个区间（节点之间）的起点和终点。这对于后面理解每一跳很重要。

2.4、交换机的工作原理

交换机收到这个数据帧，把数据帧中的源MAC地址与收到这个帧的端口（端口编号）与MAC地址记录表里面去，然后交换机把该数据帧从与目标MAC地址对应的端口发送出去。如果找不到目标MAC地址，就向所有的端口发送（不包括源端口），以广播方式发送，其它主机网卡收到这一数据帧后，读取目标MAC地址与的MAC地址对比，不是就丢弃，如果是就回应自己的MAC地址，交换机收录接收的MAC和对应端口号。

交换机三种交换模式：

Cut-Through(快速交换)

交换机接收到前目的地址即开始转发过程
延迟小
交换机不检测错误
Store-and-Forward（存储转发）

交换机接收完整的数据帧后开始转发过程
延迟取决于数据帧长度
交换机检测错误，错误的包将被丢弃
Fragment-free（分段过滤）

交换机接收完数据包的前64字节（一个最短帧长度），然后根据头信息查表转发
交换机检查前64字节的错误，一旦发现错误将丢弃。

交换机节点端口的协商技术
终端设备的网卡自动与交换机接口进行协商，我是采用100 Base-TX全双工方式，你呢？交换机接口收到，都采用是快速以太网IEEE802.3u就按照100 Base-TX这个标准发送数据，如果不是，采用最低标准。

交换机自适应技术
这个技术对于一些分不清用平行线还是用交差线的网友，就省了很多麻烦。一般我们常同种设备用交差线，比如主机与主机，交换机与交换机之间。不同设备用平行线，如主机与交换机、主机与路由器、路由器与交换机之间。
现在一些新的交换机采用智能MDI/MDIX，端口MDI/MDIX自动适应能自动识别平行线与交差线，用户不管采用普通网线或者交叉网线均可以正确连接设备。

交换机MDI端口类型
MDI是指通过收发器发送的100BASE-T信号，即100BASE-TX、FX、T4或T2信号。MDI端口需要分清双绞线的接法。

2.5、网线的分类

交叉网线接法和平行网线的接法

网线以CAT作为前面标识，后面部分UTP表示非屏蔽、FTP表示单屏蔽、SFTP表示双屏蔽。

我们常见的有四种，五类网线、超五类网线、六类网线、超六类网线，通过标识来识别CAT.5五类网线、CAT.6六类网线，在标识里带e的就超类，CAT.5e超五类网线、超六类网线的标识多了一个a，CAT.6ae超六类网线。

这几种线的不同之处：标准的超五类网线线径是0.51毫米，六类网线线径是0.57mm，超六类网线的线径则是0.58mm，超七类网线的线径则是0.62mm。超六类网线中有一根塑料的十字骨架用分隔4组芯线，减少线对之间的信号串扰。、FTP表示单屏蔽、SFTP表示双屏蔽，也是用来隔离信号的干扰，确保数据准确、安全地传输。
网线芯线线径的粗细有什么好处？芯线的铜芯越粗它的电阻就越小，传输效率就越高。五类网线的适用性看下图：

类型	5类线	超5类线	6类线	超6类线	7类线
作用	用于百兆网络	用于千兆网络	稳定千兆网络	支持万兆网络	稳定万兆网络
传输频率	100MHZ	100MHZ	250MHZ	500MHZ	600MHZ
最大传输速度	100Mbps	1000Mbps	1000Mbps	10000Mbps	10000Mbps

2.6、千兆以太网

千兆以太网已经发展成为主流网络技术，取代ATM技术，成为城域网建设的主力军。

IEEE802.3工作组建立了802.3z和802.3ab千兆位以太网工作组，其任务是开发适应不同需求的千兆位以太网标准。该标准支持全双工和半双工1000Mbps，相应的操作采用IEEE 802.3以太网的帧格式和CSMA/CD介质访问控制方法。

以吉比特每秒速率进行以太网帧传输技术的术语，由IEEE 802.3-2005标准定义。千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容，并使用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE802.3标准中所定义的管理对象。作为以太网的一个组成部分，千兆以太网也支持流量管理技术，它保证在以太网上的服务质量，这些技术包括IEEE 802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议（RSVP）。

2.6.1、千兆位以太网标准主要四种类型的传输介质

单模光纤；
多模光纤上的长波激光（称为1000BaseLX）、多模光纤上的短波激光（称为1000BaseSX）；
1000BaseCX介质，该介质可在均衡屏蔽的150欧姆铜缆上传输。
1000BASE-T

单模光纤使用1000BASE-LX，LX 代表长波长，长波长激光(1310nm)的单模光缆标准时，使用8B/10B编码解码方式，最大传输距离为5000米。

多模光纤使用1000BASE-LX多模式光纤和1000BaseSX多模式光纤方式，其中1000BaseSX中，短波长激光(850nm)，芯线为50微米时传输距离550米。

1000BASE-CX对应于802.3z标准，采用的是150Ω平衡屏蔽双绞线（STP）。最大传输距离25米，使用9芯D型连接器连接电缆。1000BASE-CX采用8B/10B编码方式。1000BASE-CX适用于交换机之间的连接，尤其适用于主干交换机和主服务器之间的短距离连接。

1000BASE-T 1Gbit/s 使用超五类非屏蔽双绞线或6类非屏蔽双绞线，最大的传输距离100米。00BASE-T不支持8B/10B编码方式，而是采用更加复杂的编码方式。

2.6.2、千兆以太网传输速率

千兆以太网传输速率1Gbps，bps是数据传输速率的常用单位(又称为比特率每秒多少比特)。数字信息流的基本单位是bit（比特），时间的基本单位是s（秒）。

1字节（Bytes)＝8比特（bit）
1Mbit/s=1024Kbit/s=1024/8KBytes/s=128KBytes/s

千兆网比原以太网与快速以太网具有带宽更高，千兆网络的理论带宽是以Gbps进行网络传输，网络中常用理论上传输数据的最高速率来作为带宽，指在单位时间（一般指的是1秒钟）内能传输的数据量。可以想象成为一根水管，直径越大越好，单位时间内通过的水流就越多。

在实际用户使用中，很多软件使用的是以字节为单位，所以在显示时会出现与接入速度不同。运营商使用的是bps(每秒多少比特)这个单位以比特计算传输速率，用户的软件比如下载软件使用字节(每秒多少字节)来运算，根据1字节等于8比特（1Byte=8bit）来计算，这个公式为：

宽带理论速率Bytes/s=bps/8s （1Bps每8秒传送1Byte数据）
1000Mbps的理论下载速度是：
1000Mbps / 8 ＝125MBytes/s

以太网及网络工作原理二相关推荐

以太网及网络工作原理一
以太网及网络工作原理一 1.WAN.LAN和以太网简介 1.1.以太网和局域网的区别 1.2.冲突域和广播域 1.3.CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测 1.4.IEEE 802.3标准 1.4 ...
一文读懂闪电网络工作原理
一引言了解比特币的人都知道,比特币网络的拥堵问题由来已久,转账高手续费.速度缓慢严重制约了比特币的发展.关于扩容的争论喋喋不休,共识分歧严重,造成了多次比特币分叉.目前来看,社区共识无法达成一 ...
什么是以太网交换机？以太网交换机的工作原理详解！
以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机,以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网.以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式.交换机能同时连通许多对端口,使每一对相互通 ...
充分掌握网络工作原理及底层实现大家都做什么项目啊？
张孝祥,张老师是软件编程语言培训和软件工程师速成培训专家.精通c/c++/vc++.vb.java.sql server.oracle.asp.jsp.j2ee.android等编程语言和数据库系统, ...
Power基于 VIOS 的虚拟以太网适配器的工作原理
为了支持虚拟以太网适配器,Power Hypervisor 实现了一个支持 IEEE 802.1Q VLAN 的虚拟以太网交换机 ( 后称 Hypervisor 虚拟交换机 ) 和一套虚拟以太网适配器 ...
以太网链路聚合工作原理总结
链路聚合的基本概念产生背景随着网络规模的扩大,用户对骨干链路的带宽和可靠性提出了越来越高的要求. 在传统技术中,常用更换高速率的接口板或者更换高速率接口板的设备的方式来增加带宽,但这种方案需要付出 ...
以太网网卡的结构和工作原理
以太网网卡的结构和工作原理论文摘要:以太网(Ethernet)是一种由美国Xerox公司,DEC公司和Intel公司共同开发的基带局域数据通信网,目的是建立分布式处理和办公室自动化应用方面的工业 ...
工业以太网交换机的作用和工作原理详解
工业以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机,以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网.工业以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式.交换机能同时连通许多对端口,使每一 ...
路由器的工作原理，形成，转发数据包的过程
一.路由器的工作原理二.路由表的形成三.静态路由和默认路由四.路由器转发数据包的封装过程五.静态路由和默认路由的配置概述: 在只有一个网段的网络中,包可以很容易地从源主机到达目标主机,但是如 ...

以太网及网络工作原理二

以太网及网络工作原理二

2、以太网工作原理

2.2、以太网数据帧

2.3、数据帧传输

2.4、交换机的工作原理

2.5、网线的分类

2.6、千兆以太网

2.6.1、千兆位以太网标准主要四种类型的传输介质

2.6.2、千兆以太网传输速率

以太网及网络工作原理二相关推荐

最新文章

热门文章