以太网（Ethernet） - 知乎
以太网（Ethernet） - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册以太网（Ethernet）以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连…查看全部内容关注话题管理分享百科讨论精华视频等待回答详细内容以太网（英语：Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测）的总线技术。概述：1990年代的以太网网卡或叫NIC（Network Interface Card，以太网适配器）。这张卡可以支持基于同轴电缆的10BASE2 (BNC连接器，左)和基于双绞线的10BASE-T（RJ-45，右）。以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体——光以太。 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。以太网通讯具有自相关性的特点，这对于电信通讯工程十分重要。CSMA/CD共享介质以太网：带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台电脑要发送信息时，在以下行动与状态之间进行转换：开始 - 如果线路空闲，则启动传输，否则跳转到第4步。发送 - 如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小回报时间（min echo receive interval）以确保所有其他转发器和终端检测到冲突，而后跳转到第4步。成功传输 - 向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式。线路繁忙 - 持续等待直到线路空闲。线路空闲 - 在尚未达到最大尝试次数之前，每隔一段随机时间转到第1步重新尝试。超过最大尝试传输次数 - 向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的介质（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将延迟指数增长时间后再次尝试。延迟的时间通过截断二进制指数后移（英语：Exponential_backoff）（truncated binary exponential backoff）算法来实现。最初的以太网是采用同轴电缆来连接各个设备的。电脑通过一个叫做附加单元接口（Attachment Unit Interface，AUI）的收发器连接到电缆上。一条简单网路线对于一个小型网络来说很可靠，而对于大型网络来说，某处线路的故障或某个连接器的故障，都会造成以太网某个或多个网段的不稳定。因为所有的通信信号都在共享线路上传输，即使信息只是想发给其中的一个终端（destination），却会使用广播的形式，发送给线路上的所有电脑。在正常情况下，网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息，接收到目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求，除非网卡处于混杂模式（Promiscuous mode）。这种“一个说，大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点，因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽，所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢，比如电源故障之后，当所有的网络终端都重新启动时。以太网中继器和集线器：在以太网技术的发展中，以太网集线器（Ethernet Hub）的出现使得网络更加可靠，接线更加方便。因为信号的衰减和延时，根据不同的介质以太网段有距离限制。例如，10BASE5同轴电缆最长距离500米 （1,640英尺）。最大距离可以通过以太网中继器实现，中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段，但是只能有4个设备（即一个网段最多可以接4个中继器）。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题：当一段同轴电缆断开，所有这个段上的设备就无法通讯，中继器可以保证其他网段正常工作。类似于其他的高速总线，以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆，电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器，如果不这么做，就会发生类似电缆断掉的情况：总线上的AC信号当到达终端时将被反射，而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突，从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离，增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能，可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来，这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。随着应用的拓展，人们逐渐发现星型的网络拓扑结构最为有效，于是设备厂商们开始研制有多个端口的中继器。多端口中继器就是众所周知的集线器（Hub）。集线器可以连接到其他的集线器或者同轴网络。第一个集线器被认为是“多端口收发器”或者叫做“fanouts”。最著名的例子是DEC的DELNI，它可以使许多台具有AUI连接器的主机共享一个收发器。集线器也导致了不使用同轴电缆的小型独立以太网网段的出现。像DEC和SynOptics这样的网络设备制造商曾经出售过用于连接许多10BASE-2细同轴线网段的集线器。非屏蔽双绞线（unshielded twisted-pair cables , UTP）最先应用在星型局域网中，之后也在10BASE-T中应用，最后取代了同轴电缆成为以太网的标准。这项改进之后，RJ45电话接口代替了AUI成为电脑和集线器的标准线路，非屏蔽3类双绞线/5类双绞线成为标准载体。集线器的应用使某条电缆或某个设备的故障不会影响到整个网络，提高了以太网的可靠性。双绞线以太网把每一个网段点对点地连起来，这样终端就可以做成一个标准的硬件，解决了以太网的终端问题。采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构，但在逻辑上仍然是总线型的，半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法，集线器对于减少数据包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口，所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总传输量受到单个连接速度的限制（10或100 Mbit/s），这还是考虑在前同步码、传输间隔、标头、档尾和封装上都是最小花费的情况。当网络负载过重时，冲突也常常会降低传输量。最坏的情况是，当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时，可能因冲突过多导致网络的负载在仅50%左右程度就满载。为了在冲突严重降低传输量之前尽量提高网络的负载，通常会先做一些设定以避免类似情况发生。桥接和交换：尽管中继器在某些方面分隔了以太网网段，使得电缆断线的故障不会影响到整个网络，但它向所有的以太网设备转发所有的数据。这严重限制了同一个以太网网络上可以相互通信的机器数量。为了减轻这个问题，桥接方法被采用，在工作在物理层的中继器之基础上，桥接工作在数据链路层。通过网桥时，只有格式完整的数据包才能从一个网段进入另一个网段；冲突和数据包错误则都被隔离。通过记录分析网络上设备的MAC地址，网桥可以判断它们都在什么位置，这样它就不会向非目标设备所在的网段传递数据包。像生成树协议这样的控制机制可以协调多个交换机共同工作。早期的网桥要检测每一个数据包，因此当同时处理多个端口的时候，数据转发比Hub（中继器）来得慢。1989年网络公司Kalpana发明了EtherSwitch，第一台以太网交换机。以太网交换机把桥接功能用硬件实现，这样就能保证转发数据速率达到线速。大多数现代以太网用以太网交换机代替Hub。尽管布线方式和Hub以太网相同，但交换式以太网比共享介质以太网有很多明显的优势，例如更大的带宽和更好的异常结果隔离设备。交换网络典型的使用星型拓扑，虽然设备在半双工模式下运作时仍是共享介质的多节点网，但10BASE-T和以后的标准皆为全双工以太网，不再是共享介质系统。交换机启动后，一开始也和Hub一样，转发所有数据到所有端口。接下来，当它记录了每个端口的地址以后，他就只把非广播数据发送给特定的目的端口。因此线速以太网交换可以在任何端口对之间实现，所有端口对之间的通讯互不干扰。因为数据包一般只是发送到他的目的端口，所以交换式以太网上的流量要略微小于共享介质式以太网。然而，交换式以太网仍然是不安全的网络技术，因为它很容易因为ARP欺骗或者MAC满溢而瘫痪，同时网络管理员也可以利用监控功能抓取网络数据包。当只有简单设备（除Hub之外的设备）连接交换机端口时，整个网络可能处于全双工模式。如果一个网段只有2个设备，那么冲突探测也不需要了，两个设备可以随时收发数据。这时总带宽是链路的2倍，虽然双方的带宽相同，但没有发生冲突就意味着几乎能利用到100%的带宽。交换机端口和所连接的设备必须使用相同的双工设置。多数100BASE-TX和1000BASE-T设备支持自动协商特性，即这些设备通过信号来协调要使用的速率和双工设置。然而，如果自动协商功能被关闭或者设备不支持，则双工设置必须通过自动检测进行设置或在交换机端口和设备上都进行手工设置以避免双工错配——这是以太网问题的一种常见原因（设备被设置为半双工会报告迟发冲突，而设备被设为全双工则会报告runt）。许多较低层级的交换机没有手工进行速率和双工设置的能力，因此端口总是会尝试进行自动协商。当启用了自动协商但不成功时（例如其他设备不支持），自动协商会将端口设置为半双工。速率是可以自动感测的，因此将一个10BASE-T设备连接到一个启用了自动协商的10/100交换端口上时将可以成功地创建一个半双工的10BASE-T连接。但是将一个配置为全双工100Mb工作的设备连接到一个配置为自动协商的交换端口时（反之亦然）则会导致双工错配。即使电缆两端都设置成自动速率和双工模式协商，错误猜测还是经常发生而退到10Mbps模式。因此，如果性能差于预期，应该查看一下是否有计算机设置成10Mbps模式了，如果已知另一端配置为100Mbit，则可以手动强制设置成正确模式。.当两个节点试图用超过电缆最高支持数据速率（例如在3类线上使用100Mbps或者3类/5类线使用1000Mbps）通信时就会发生问题。不像ADSL或者传统的拨号Modem通过详细的方法检测链路的最高支持数据速率，以太网节点只是简单的选择两端支持的最高速率而不管中间线路，因此如果速率过高就会导致链路失效。解决方案为强制通讯端降低到电缆支持的速率。以太网类型：除了以上提到的不同帧类型以外，各类以太网的差别仅在速率和配线。因此，同样的网络协议栈软件可以在大多数以太网上执行。以下的章节简要综述了不同的正式以太网类型。除了这些正式的标准以外，许多厂商因为一些特殊的原因，例如为了支持更长距离的光纤传输，而制定了一些专用的标准。很多以太网卡和交换设备都支持多速率，设备之间通过自动协商设置最佳的连接速度和双工方式。如果协商失败，多速率设备就会探测另一方使用的速率但是默认为半双工方式。10/100以太网端口支持10BASE-T和100BASE-TX。10/100/1000支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T。部分以太网类型局域网（英语：Local Area Network，简称LAN）是连接住宅、学校、实验室、大学校园或办公大楼等有限区域内计算机的计算机网络 。相比之下，广域网（WAN）不仅覆盖较大的地理距离，而且还通常涉及固接专线和对于互联网的链接。 相比来说互联网则更为广阔，是连接全球商业和个人电脑的系统。在历经使用了链式局域网（英语：ARCNET）、令牌环与AppleTalk技术后，以太网和Wi-Fi（无线网络连接）是现今局域网最常用的两项技术。机理：局域网（Local Area Network, LAN），又称内网。指覆盖局部区域（如办公室或楼层）的计算机网络。按照网络覆盖的区域（距离）不同，其他的网络类型还包括个人网、城域网、广域网等。早期的局域网网络技术都是各不同厂家所专有，互不兼容。后来，电机电子工程师学会推动了局域网技术的标准化，由此产生了IEEE 802系列标准。这使得在建设局域网时可以选用不同厂家的设备，并能保证其兼容性。这一系列标准覆盖了双绞线、同轴电缆、光纤和无线等多种传输介质和组网方式，并包括网络测试和管理的内容。随着新技术的不断出现，这一系列标准仍在不断的更新变化之中。以太网（IEEE 802.3标准）是最常用的局域网组网方式。以太网使用双绞线作为传输介质。在没有中继的情况下，最远可以覆盖200米的范围。最普及的以太网类型数据传输速率为100Mb/s，更新的标准则支持1000Mb/s和10Gb/s的速率。其他主要的局域网类型有令牌环和FDDI（光纤分布数字接口，IEEE 802.8）。令牌环网络采用同轴电缆作为传输介质，具有更好的抗干扰性；但是网络结构不能很容易的改变。FDDI采用光纤传输，网络带宽大，适于用作连接多个局域网的骨干网。近两年来，随着802.11标准的制定，无线局域网的应用大为普及。这一标准采用2.4GHz 和5.8GHz 的频段，数据传输速度最高可以达到300Mbps和866Mbps。局域网标准定义了传输介质、编码和介质访问等底层（一二层）功能。要使数据通过复杂的网络结构传输到达目的地，还需要具有寻址、路由和流量控制等功能的网络协议的支持。TCP/IP（传输控制协议/互联网络协议）是最普遍使用的局域网网络协议。它也是互联网所使用的网络协议。其他常用的局域网协议包括，IPX、AppleTalk等。在无线 LAN 中，用户可以在覆盖区域内不受限制地移动。无线网络因其易于安装而在住宅和小型企业中流行起来。大多数无线局域网都使用 Wi-Fi，因为它内置于智能手机、平板电脑和笔记本电脑中。客人通常可以通过热点服务上网。网络拨接互联网（英语：Internet）是指20世纪末期兴起电脑网络与电脑网络之间所串连成的庞大网络系统。这些网络以一些标准的网络协议相连。它是由从地方到全球范围内几百万个私人、学术界、企业和政府的网络所构成，通过电子、无线和光纤网络技术等等一系列广泛的技术联系在一起。互联网承载范围广泛的信息资源和服务，比方说相互关系的超文本文件，还有万维网（WWW）的应用、电子邮件、通话，以及文件共享服务。互联网的起源可以追溯到1960年代美国联邦政府委托进行的一项研究，目的是创建容错与电脑网络的通信。互联网的前身ARPANET最初在1980年代作为区域学术和军事网络连接的骨干。1980年代，NSFNET（英语：NSFNET）成为新的骨干而得到资助，以及其他商业化扩展得到了私人资助，这导致了全世界网络技术的快速发展，以及许多不同网络的合并结成更大的网络。到1990年代初，商业网络和企业之间的连接标志着向现代互联网的过渡。尽管互联网在1980年代只被学术界广泛使用，但商业化的服务和技术，令其极快的融入了现代每个人的生活。互联网并不等同万维网，互联网是指凡是能彼此通信的设备组成的网络就叫互联网，指利用TCP/IP通讯协定所创建的各种网络，是国际上最大的互联网，也称“国际互联网”。万维网是一个由许多互相链接的超文本组成的系统，通过互联网访问。在此定义下，万维网是互联网的一项服务。不过多数民众并不区分两者，常常混用。连接技术：任何需要使用互联网的计算机必须通过某种方式与互联网进行连接。互联网接入技术的发展非常迅速，带宽由最初的14.4Kbps发展到目前的100Mbps甚至1Gbps带宽，接入方式也由过去单一的电话拨号方式，发展成现在多样的有线和无线接入方式，接入终端也开始朝向移动设备发展。并且更新更快的接入方式仍在继续地被研究和开发。架构：最顶层的是一些应用层协议，这些协议定义了一些用于通用应用的数据报结构，包括FTP及HTTP等。中间层是UDP协议和TCP协议，它们用于控制数据流的传输。UDP是一种不可靠的数据流传输协议，仅为网络层和应用层之间提供简单的接口。而TCP协议则具有高的可靠性，通过为数据报加入额外信息，并提供重发机制，它能够保证数据不丢包、没有冗余包以及保证数据包的顺序。对于一些需要高可靠性的应用，可以选择TCP协议；而相反，对于性能优先考虑的应用如流媒体等，则可以选择UDP协议。最底层的是互联网协议，是用于报文交换网络的一种面向数据的协议，这一协议定义了数据包在网际传送时的格式。目前使用最多的是IPv4版本，这一版本中用32位定义IP地址，尽管地址总数达到43亿，但是仍然不能满足现今全球网络飞速发展的需求，因此IPv6版本应运而生。在IPv6版本中，IP地址共有128位，“几乎可以为地球上每一粒沙子分配一个IPv6地址”。IPv6目前并没有普及，许多互联网服务提供商并不支持IPv6协议的连接。但是，可以预见，将来在IPv6的帮助下，任何家用电器都有可能连入互联网。互联网承载着众多应用程序和服务，包括万维网、社交媒体、电子邮件、移动应用程序、多人电子游戏、互联网通话、文件分享和流媒体服务等。提供这些服务的大多数服务器托管于数据中心，并且通过高性能的内容分发网络访问。万维网（英语：World Wide Web）亦作WWW、Web、全球广域网，是一个透过互联网访问的，由许多互相链接的超文本组成的信息系统。英国科学家蒂姆·伯纳斯-李于1989年发明了万维网。1990年他在瑞士CERN的工作期间编写了第一个网页浏览器。网页浏览器于1991年1月向其他研究机构发行，并于同年8月向公众开放。罗伯特·卡里奥设计的Web图标万维网是信息时代发展的核心，也是数十亿人在互联网上进行交互的主要工具。网页主要是文本文件格式化和超文本置标语言（HTML）。除了格式化文字之外，网页还可能包含图片、视频、声音和软件组件，这些组件会在用户的网页浏览器中呈现为多媒体内容的连贯页面。万维网并不等同互联网，万维网只是互联网所能提供的服务其中之一，是靠着互联网运行的一项服务。参考文献： Wendell Odom. CCENT/CCNA ICND1 100-105 Official Cert Guide. Cisco Press. 2016: 43页. ISBN 978-1-58720-580-4.Internet协议观念与实现ISBN 9577177069Internet协议观念与实现ISBN 9577177069IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-2 p.109IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-6 p.111网络化生存，乔岗，中国城市出版社，1997年，ISBN 978-7-5074-0930-7Richard J. Smith, Mark Gibbs, Paul McFedries 著，毛伟、张文涛 译，Internet漫游指南，人民邮电出版社，1998年. ISBN 978-7-115-06663-3世界是平的，汤马斯·佛里曼 著，2005年出版. ISBN 978-986-80180-9-9内容采用CC BY-SA 3.0授权。浏览量2691 万讨论量9731 帮助中心知乎隐私保护指引申请开通机构号联系我们 举报中心涉未成年举报网络谣言举报涉企侵权举报更多 关于知乎下载知乎知乎招聘知乎指南知乎协议更多京 ICP 证 110745 号 · 京 ICP 备 13052560 号 - 1 · 京公网安备 11010802020088 号 · 京网文[2022]2674-081 号 · 药品医疗器械网络信息服务备案（京）网药械信息备字（2022）第00334号 · 广播电视节目制作经营许可证:（京）字第06591号 · 服务热线：400-919-0001 · Investor Relations · © 2024 知乎 北京智者天下科技有限公司版权所有 · 违法和不良信息举报：010-82716601 · 举报邮箱：jubao@zhihu.
深入理解以太网网线原理 - 知乎
深入理解以太网网线原理 - 知乎首发于嵌入式工程猫的专栏切换模式写文章登录/注册深入理解以太网网线原理嵌入式工程猫 译者按：大部分人都知道，百兆以太网只用了 RJ45 端口中的 2 对 4 根线，分别为 TX、RX 的差分信号。 千兆以太网用了 RJ45 端口中的全部 4 对 8 根线，但是这 4 对 8 根线是怎么定义的？哪些属于 TX，哪些属于 RX？ 我也不知道，而且以前居然没有认真去了解过，所以我决定找一篇与此相关的文章翻译一下，分享给大家。 本文是“攻玉计划”的一部分，翻译自 https://www.practicalnetworking.net/stand-alone/ethernet-wiring/当我们谈到“以太网”的时候，我们可能会讨论各种概念，包括所有线缆规格（10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T 等等）。这些协议规定了导线上的电平（即 0/1 信号）是如何传递的，也规定了如何将电平信号解析为数据帧。本来，此文只想简单介绍一下交叉线和直通线之间的基本区别，但基于我们的 原则，我们觉得应该更深入一些。首先，我们会先介绍一些术语，并消除一些歧义，然后回答一些基本的问题：我们为什么要用交叉线或者直通线？到底什么是双绞线？一个个比特位是如何在线上传播的？最后，我们会综合这些概念，并探讨一下千兆以太网的相关标准。术语解释即使你刚接触网络通信不久，也应该听说了很多网线相关的概念，例如“以太网”“双绞线”“RJ45”“屏蔽线”“非屏蔽线”等。但这些概念代表了什么含义？互相之间又有什么异同？有没有什么概念被误用了？坦白而言，这些概念经常被误用，不妨看看：8P8C这是网线两端接口的物理标准，表示它有 8 个卡口位（Position）和 8 个触点（Contacts）。这也定义了此塑料透明接口的外形设计和尺寸。RJ45标准插座接口（Registered Jack）第 45 号标准定义了线缆中导线的个数以及线序，并规定使用 8P8C 的物理接口。特别地，RJ45 定义了两种线序标准：T568a 和 T568b：请注意，两个标准唯一的实际区别是第 2 对线和第 3 对线的颜色不同。 很多人经常用 RJ45 来指代 8P8C 插口，但这是不对的。还有另一种叫 RJ61 的类似标准，也使用了 8P8C 的插口，但其内部的线序不一样。标准插座接口定义家族中还有很多其他 RJxx 的接口，但接线定义和物理尺寸都不一样。双绞线双绞线是一种组合线缆，包含了 8 根独立的导线，其中每两根作为一对，每对的两根线互相绞绕在一起。由此得到 4 对导线，每对导线作为一个数据传输通道。导线成对出现这一概念很重要，我们在后文中会讲到，简而言之，这有助于减少电磁干扰（EMI）。通常，双绞线有两种规格：屏蔽线及非屏蔽线。注意，不管哪种规格，网线中都有 4 对导线，也就是 4 个独立的数据通道。非屏蔽线非屏蔽线（Unshielded Twisted Pair）（UTP）在实际工程部署中更为常见。它对外部的电磁噪声没有额外的防护，但得益于双绞线的固有特性，其数据传输也非常可靠。我们将在后文详细阐述。非屏蔽线更便宜，物理韧性更好，也更软。这些优点使得非屏蔽线在大多数场合更受欢迎。屏蔽线屏蔽线（Shielded Twisted Pair）（STP）在每对双绞线、以及全部 4 对导线最外侧都包有额外的金属屏蔽壳，这有助于隔离信号传输时的电磁噪声。但同时，如果屏蔽壳的某个地方出现了破损，或者屏蔽壳在网线两端没有都良好接地，它自身可能会成为一个天线，并且会因为空间中随处可见的无线电波（比如 Wi-Fi 信号）而给信号传输带来额外的电磁噪声。更为甚者，屏蔽线必须与带屏蔽的 8P8C 插头一起使用，才能实现全链路端到端的屏蔽功能。显然，屏蔽线肯定更贵，也比非屏蔽线更脆弱，因为如果屏蔽线被过度弯曲的话，其屏蔽壳很容易破损。因此，屏蔽线的使用场合比非屏蔽线少得多。屏蔽线通常只会用在对电磁屏蔽高度敏感的场合，例如，网线紧挨着发电机或者重型机械的输电线等。以太网就像我们之前说的，以太网（Ethernet）是一系列标准的合集，其中之一就是不同的接线规格：10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T 等等。以太网协议也定义了每个比特（1 和 0）如何在线缆上传输，以及如何将这些比特流组合为有意义的数据帧。例如，以太网规定每帧数据的前 56 个比特必须是交替出现的 1 和 0（即“前导码”），接下来 8 个比特必须是 10101011（即帧起始标志），再接下来 48 个比特是目标 MAC 地址，然后是 48 个比特的源 MAC 地址……直到整个数据帧被全部传输完毕。接下来，我们将讨论以太网标准中不同规格的接线规格。BASE T* 相关术语本节讲述的概念都与网线内部的导线如何使用相关。例如，哪些用来发送数据，哪些用来接收数据，如何发送信号，以及电压等级。BASE T* 这一概念有三个组成部分，所以在我们讲述特定的标准之前，先来单独了解一下它们，以 100 BASE-T 为例：100BASE-T 中的“100”开头的数字表示网线每秒可以传输多少“兆（百万）”比特，即 Mbps。100Mbps 的网线理论上每秒可传输 100,000,000 个比特，大概每秒 12.5 兆字节（MBps），注意大写的 B 和小写的 b 分别代表字节和比特。这一速率的网线有时被称为“快速以太网”，这是相较于 10Mbps 的“普通以太网”以及 1000Mbps 的“吉比特以太网”而言的。100BASE-T 中的“BASE”base 这个概念是“基带”（baseband）信号的缩写，对应的概念是“宽带”（broadband）信号。这些概念刚出现的时候，其区别是：基带在介质中传输数字信号，宽带在介质中传输模拟信号。数字信号和模拟信号的区别在于其可被解析的值个数。模拟信号可以表示无数种不同的值，例如，我们可以用一根线上某个特定的电压值来表示一个绿色的像素点，而另一个电压值来表示红色的像素点，以此类推，这样，这根线就能传输一张图片上的每一个像素点。数字信号可以表示有限个不同的值，通常就两个：1 和 0。如果上述的图片用一根数字信号线来传输的话，我们会传输一系列 1 和 0 的信号流。接收端可以解析这些二进制数据为一系列数字，例如基于 RGB 颜色编码，就能构造出每一个像素点。也就是说，数字信号和模拟信号的主要区别就是，模拟信号线上可获得无穷多中不同的值，而数字信号线上，要么是 0，要么是 1，不可能出现第三种情况。如此一来，数字信号传输具有更高的容错率，因为导线上的电压范围只被分为了两种情况（1 或者 0）。 译者按：原文在此处举了更多的例子来详细阐述“模拟信号”和“数字信号”的区别，但译者认为过于冗余，故略去这部分篇幅。100BASE-T 中的“-T”“-T”表示其为双绞线（Twisted Pair）。相似的标准还有“-2”及“-5”，表示其是最大长度为 200 和 500 米的同轴电缆，以及“-SR”和“-LR”，表示其为短距离（Short Range）和长距离（Long Range）光纤。以上解释了 BASE T* 相关术语的三个独立部分，我们现在可以探讨下快速以太网的两个重要规范（对于吉比特以太网的相关规范，我们会在后文继续探讨）：100BASE-T4100BASE-T4 使用了网线中全部 4 对 8 根线。其中一对仅仅用于发送信号（TX），一对仅仅用于接收信号（RX）。剩下两对既可以用于 RX 也可以用于 TX，这通过网线两端设备的协商来决定具体用途。T4 是双绞线早期的标准之一，但由于其过于复杂且必要性不强，如今已很少使用。100BASE-TX100BASE-TX 只使用了网线中的 2 对 4 根线，其中一对用于 TX，另一对用于 RX，剩下两根线没有使用。你完全可以做一根只有 4 根线的网线以实现 100BASE-TX 的所有功能，只要插口触点位置正确即可（位号1，2，3，6），但通常网线铺设过程中，另外 4 根线也保留了下来，用于占位，并适配未来可能的场景升级。100BASE-TX （包括全部 8 根线）是如今最常用的快速以太网标准。但是，它通常被简写成了 100BASE-T。再强调一下，T 只表示其为双绞线，而 TX 才表示其使用了 1&2 及 3&6 两对线。以上介绍可从实用性和技术性的角度帮读者理解相关概念。而在实际情况中，即使你不理解原理，直接使用这些产品也非常简单，就算犯一些小错误，也是允许的。为什么使用交叉线网上能找到很多“交叉线”及“直通线”应用场景的相关教程，但他们一般很少解释其原理。本节我们会深入探讨一下相关概念。100BASE-TX 及 10BASE-T 标准中定义的网线，都包含 8 根导线，两两以双绞线的形式结合为 4 对。在这四对线中，实际只用到两对：第 2、3 对。每根线都是单工的介质，也就是说，信号只能按照指定的单方向传输。为了实现全双工通讯，某对线将始终沿某个方向传输数据，而另一对线将始终沿相反的方向传输数据。网络接口卡（Network Interface Card）（NIC）的配置会决定哪对线用于发送数据，哪对线用于接收数据。使用第 2 对线（1 号和 2 号引脚）发送数据（TX）、且使用第 3 对线（3 号和 6 号引脚）接收（RX）数据的的 NIC 被称作介质相关接口（Media Dependent Interface）（MDI），与之相反，使用第 3 对线作为 TX、第 2 对线作为 RX 的 NIC 被称为交叉模式介质相关接口（Media Dependent Interface Crossover）（MDI-X）。电脑之间直连通讯假设一台电脑使用 MDI 模式的 NIC ，那么它就总是用第 2 对线发送数据，用第 3 对线接收数据。但如果两台用网线连接在一起的电脑都用第 2 对线发送数据，那么就会产生冲突。与此同时，两台电脑也都无法从第 3 对线上接收到数据。因此，网线对需要交叉一下，以便从一台电脑的第 2 对线发送的数据，会被另一台电脑的第 3 对线接收到，反之亦然。下图是一个简单的示意（无需在意示意图中线的颜色，这只是为了区分两个不通的路径而已）：注意，两台电脑都在独立的通道上发送数据，并且依靠交叉线机制（如图所示中间的 X），两台电脑都能接收到对方发送的数据。因此，两台电脑直连后，必须使用交叉线才能通讯。电脑之间通过交换机通讯交换机使得同一网络下两台电脑的通讯变得更简单。交换机的 NIC 都采用 MDI-X 标准，也就是说，交换机总是在第 3 对线上发送数据，在第 2 对线上接收数据（与电脑的 NIC 相反）。也就是说，交换机内部有一个交叉的机制，网线本身也就不需要交叉了：可见，连接在交换机上的电脑可以直接使用直通线，让交换机处理线序交叉即可。端到端的通讯路径也是一样的：每个设备都在自己的 TX 线上发送数据，在 RX 线上接收数据。电脑之间通过两个串联的交换机我们刚刚讨论了，两台电脑直连，需要使用交叉线；类似的，两台交换机之间也需要交叉线：在这种情况下，端到端的通讯路径也与上述方式无异。路由器与集线器那么，路由器和集线器呢？他们用了怎样的 NIC ？实际情况是，路由器与电脑类似，使用了 MDI 标准（第 2 对线是 TX，第 3 对线是 RX），因此，你可以将上述图片中的任意电脑换成路由器，通讯路径分析也是一样的。而集线器与交换机类似，使用 MDI-X 标准。 译者按：此处的“路由器”是狭义上仅具有“路由”功能的设备，不等于常见的家用无线路由器以太网线序图前文讲到，RJ45 的导线颜色有两种标准：T568a 和 T568b。双绞线两侧所使用的标准决定了其是交叉线还是直通线。要想做一根直通线，只要保证线两端的标准一致就行了，都是 T568a 或者都是 T568b：要想做一根交叉线，只需其中一端为 T568a，另一端为 T568b 即可。注意，第 1 对线和第 4 对线没有使用（蓝色对和棕色对）。理论上你的网线中可以去掉这几根线，但是去掉之后剩下的线排列起来有些困难。另外，这两对线因为用不到，所以无需交叉。但是，吉比特以太网标准需要用到全部 8 根线，所以为了一致性，通常所有网线对都被交叉。我们会在后文讨论吉比特以太网。最后需要注意的是，数据信号本身并不在乎导线的颜色，只要它们连在了正确的接口上就能通讯。但能用不代表就是一个好主意，颜色乱接的话，后续维护起来就是噩梦。助记图综上所述，我们可以把交叉线和直通线的用法画作一张图：之所以这么摆放，是因为这样画起来更方便。我们把 L1、L2 层的设备画在左右两侧，L3 层设备画在上下两边，然后两两连接。关于网络协议分层请参见 OSI 模型。小结一下：L1/L2 层设备互相连接，需要交叉线；L1/L2 层设备与 L3 层设备连接，需要直通线；L3 层设备互相连接，需要交叉线。或者更简单：同则交叉异则直通自动 MDI-X即使知道了什么时候该用直通线，什么时候该用交叉线，对于网络工程师来说，布线也常常是个头疼的事情。于是，出现了一个新技术，可以自动分析两台设备的接口模式，并决定是否要交叉 TX/RX。这个技术叫做“自动 MDI-X”。使用自动 MDI-X 技术，任意两台设备之间都可以通过直通线连接，并让两端动态确定是否需要交叉 TX 和 RX。自动 MDI-X 是 100BASE-T 实现中的一个可选功能，而在所有吉比特以太网设备中是必须的。自动 MDI-X 的工作原理那么，自动 MDI-X 是如何实现的？两端的设备如何确定哪对线是 TX 或 RX？如果有必要的话，哪一边的设备会交换 TX 和 RX？本节会介绍其内部工作原理。记住，交叉线的目的是让一方的 TX 连接到另一方的 RX。也就是说，一方的 NIC 必须用 MDI 标准，另一方必须是 MDI-X 标准。自动 MDI-X 是这样实现这一功能的：双方都先生成 1-2047 中的一个随机数，如果随机数是奇数，那么这一方会将自己的 NIC 配置为 MDI-X 模式；如果是偶数，则配置为 MDI 模式。而后双方就开始在其所选择的 TX 线上发送连接脉冲信号。如果双方都能在自己的 RX 线上收到对方的连接脉冲，那么就代表协商完成，因为双方都能在 TX 线上发，在 RX 线上收。如果双方都不能收到对方的连接脉冲，那么它们肯定都随机到了奇数或都随机到了偶数。因此，它们中的某一方必须将自身的 TX 和 RX 交换。但是双方不能同时交换 TX 和 RX，因为这样一来依然是冲突的。因此，我们设计了一个系统，以随机的时间间隔切换 TX/RX 对，直到双方成功协商。前文提到随机生成的数字（1-2047）会循环变化，以便双方能选择一个新的标准（MDI 或者 MDI-X）。但是这个数字不能每次加 1，因为这样的话，双方都会从奇数变为偶数，或者偶数变为奇数。换句话说，如果双方一开始都选择了 MDI 模式，如果同时加 1，它们都会切换为 MDI-X 模式，依然无法协商。所以，这个随机数使用了叫“线性反馈移位寄存器”的设备以实现循环变化。线性反馈移位寄存器（Linear-Feedback Shift Register）（LFSR）是一种算法，它会循环遍历某个范围内的所有数字，而且在每一个循环内不会重复。这些数字以一种可预测的、但随机的顺序循环出现（也就是说，它们不按照大小顺序依次出现，但出现的位置是确定的）。举个例子，如果双方随机的初始值分别为 1000 和 2000，那么它们在 LFSR 序列中下一个数字的奇偶性是完全随机的。但如果双方随机到了同一个初始值，那么它们之后随机出来的数字依然是一样的。这个过程会一直持续下去，直到双方成功协商。现在问题来了，万一双方随机到了相同的数字，然后循环的时间间隔也一样呢？我们可以简单计算一下出现这种情况的几率：双方随机到相同数字的几率是 1/2047，双方选择相同时间间隔的几率是 1/4，也就是说，双方同时切换 MDI/MDI-X 标准的几率是 1/8188。循环每大概 62ms 运行一遍，也就是说，每秒有大概 16 个循环（每次循环开始时都会重新随机一次）。那么双方在 1 秒之内始终是相同的循环时间的几率是 1/4,294,967,296 （42 亿分之一，1/2^32）。因此，二者结合，双方在一秒内始终随机到相同的随机数、且时间间隔也一样的几率是 1/8,791,798,054,912 （8.7万亿），这种事情几乎不可能发生，就算发生了，你再等一秒就行了。为什么使用双绞线在网络的物理连线上使用双绞线似乎毋庸置疑。但是，为什么呢？是什么源于让双绞线在网络布线选择中处于主导地位？有两个主要的原因，且都与电磁干扰（Electromagnetic Interference）（EMI）相关：使用双绞线可以极大减少导线向外辐射电磁干扰；使用双绞线可以减少外部电磁干扰对导线本身的影响。如果网线需要长距离与其他各种线缆捆绑在一起布置（比如数据中心或者配电箱），以上两个特性都是非常重要的。减少 EMI 向外辐射只要导线中有电流信号，那就一定会辐射 EMI，进而影响到周围的线缆——也就是通常所说的“串扰”。EMI 辐射可以通过额外的屏蔽装置补偿掉，但是大名鼎鼎的 贝尔先生 发明了抵消电磁干扰的绝妙方法。他的想法是使用两根导线，其中一根发送原始信号，另一根发送与原始信号完全相反的信号。如此一来，两根线会辐射恰好反向的 EMI，也就互相抵消了。简单解释一下，如果一根线发送 +10V 的电压，并辐射了 +0.01V 的 EMI；而另一根线同时发送 -10V 的电压，并辐射了 -0.01V 的 EMI。它们的 EMI 加起来就是 0。在电气工程中，这两根线通常被称为“差分对”，可以用 TX+ 和 TX- 来表示。这一发明可以实现不需要大量屏蔽的布线方案，也是当前非屏蔽线得以大量使用的原因之一。但现在我们只回答了“双绞线”中的“双”，至于为什么还要“绞”，我们继续往下看：减少外部 EMI 的吸收即使采用了上述的“差分线”，我们也无法避开所有外部的电磁干扰。无线网络、蓝牙、卫星通讯以及手机等都会成为空间中杂散的无线电波来源。但幸好贝尔又出现了，并设计了一种非常简单却很有效的方案以屏蔽电磁干扰。这一设计基于 EMI 的一个基本概念：离 EMI 辐射源越近，收到的干扰越强。如果两根线交替着靠近 EMI 辐射源，它们就能吸收同样多的辐射。如下图所示：蓝色线的初始电压是 +50V，绿线与之相反为 -50V。EMI 辐射源为图中的红圈，一圈圈向外辐射，离中心越远的圈层干扰电压越小。如果简单将图中每根线上绘制的点受到的干扰电压相加，会发现两根线都增加了 22V 的电压。尽管上图导线右侧的电压与左侧的不同，但是两根导线之间的电压差却总是一致的，一直都是 100V。EMI 对两根导线的影响是等同的。经过简单的计算与变换，即可根据最终的 100V 电压差得到初始信号分别为 +50V 和 -50V，如下图所示： 提醒一下，以上 EMI 干扰相关电压数值被严重夸大了。实际上，正常情况下 EMI 带来的电压扰动是微伏（µV）级别的，即 1/1000,000 V。但原理依然是一样的。发送比特位上文讲到，网线中的数据是以数字信号的方式发送的，也就是一串 1 和 0 的数据流。但双绞线具体是如何发送数据的呢？我们接下来会用一个简化的模型来解释一下。发送数据信号，本质上来说就是在某段时间内，给导线加上变化的电压。收发双方会先协商好一个时钟频率，以确定传输的每一单位的电压信号将维持多长时间。简便起见，我们称之为“位号”。在给定的时间点，每一个位号只能表示线上传输的 0 或者 1。不同的标准会规定不同的电压等级，但由于我们简化了模型，所以不用管真正的电压是多少。但我们依然会使用 100BASE-TX 标准所规定的电压等级，即 +2.5V 和 -2.5V。如果要在某个位号上发送比特 1，发送方会向 TX+ 线上施加 +2.5V 电压；如果要发送比特 0，就向 TX+ 线上发送 -2.5V 电压。而 TX- 线则始终相反，比特 1 是 -2.5V，比特 0 是 +2.5V。下表是发送 110010101110 二进制序列的相关情况：注意上图不是网线的实体布局，只代表 TX+ 和 TX- 线上交替变化的电压信号。双绞线实际是均匀缠绕的。就像之前讲到的，每对中的两根线上的电压总是互为相反量，一切都很整齐，且在水平方向上是对称的。现在假设网线附近有 EMI 辐射源，我们在上表中添加一行噪声数据，然后看看最终会变成什么样：注意到，现在这幅图已经不再对称了。两根线仍然发送相反的电压，但加了一个偏置量。但是，接收端并不一定要完美的 +2.5V 和 -2.5V，它只需确定哪根线发送更高的电平。如果 TX+ 发送的是高电平，那么这个位号就表示 1，如果 TX- 是更高的电平，那么这个位号就表示 0。或者更简单，如果上图中蓝线在上面，就代表 1，黄线在上面，就代表 0。通过这种方式，接收端能一位一位地拼凑好整个数据，不管 EMI 对原始电平有怎样的干扰。可见，非屏蔽线不能消除电磁干扰，但能消除电磁干扰的影响。吉比特以太网我们已经详细介绍了快速以太网（100Mbps），现在我们继续讨论一下吉比特以太网（千兆以太网，1000Mbps 或者 1Gbps）。首要的区别就是，吉比特以太网标准需要用到全部 4 对 8 根线，不像百兆网只用到 2 对。因此，在制造吉比特以太网网线时，全部 4 对线都需要交叉。前文讲到，RJ45 有两种不同的标准：T-568a 和 T-568b。下图描绘了 4 对线都交叉它们各自的样子：也就是说，吉比特以太网需要自动 MDI-X。所以，你可以直接在千兆网络中使用直通线，然后让网卡自动选择是否需要交叉。吉比特以太网有两种布线标准：1000BASE-TX此标准使用了全部 4 对线，但规定了其中两对线为 TX，另外两对线为 RX。理论上讲，这比 1000BASE-T 更简单，但是这需要更昂贵的 Cat6 网线，而不是常见的 Cat5 或 Cat5e 网线。因此，1000BASE-TX 在实际部署中并不常见。1000BASE-T这是当前应用最广泛的吉比特以太网标准。它以全双工模式同时使用了全部 4 对线，也就是说每对线都可以同时用作 RX 和 TX。这是通过“回声消除”技术实现的，我们会在下一节详细阐述。使用这种线序标准的最大优势是，你可以在现有的 Cat5e 网线上跑到千兆，而无需升级到更贵的 Cat6 网线。 1000BASE-T 经常被错误地指代 1000BASE-TX。这可能是因为在快速以太网协议中，占主导地位的标准是 100BASE-TX。另外很多时候，线缆标准也经常合起来称作 10/100/1000 BASE-TX。实际上，各个不同速率下，占主导的以太网协议分别是 10BASE-T、100BASE-TX 以及 1000BASE-T。在同一对线上实现全双工上节说到，1000BASE-T 标准可以在同一对线上同时发送和接收数据。在本节我们将解释这是如何实现的。首先，我们来做一个简单的类比。你应该有过这样的经历：在跟别人通电话时，如果对方开了免提，你就能在听筒中听到自己的声音。这是因为你的声音从对方的扬声器中发出，在空间中遇到障碍物反射，又被对方的麦克风接收。这就叫做回声。高端的电话可以从麦克风收到的声波中剔除扬声器发出的声波——这个技术就叫做回声消除。回声消除也是吉比特以太网能够在同一对线上同时发送和接收数据的基础。基本原理就是，如果你知道你发送了什么信号，那么你就能从你收到的信号中将其剔除。前文讲到，发送信号本质上是往导线上施加电压。反之，接收信号就是读取导线上的电压值。如果发送方往某根导线上施加了以下电压：+0.5V, +1V, -2V, -1V同时，也是发送方，它在同一个导线上读取到了以下电压值：+1.5V, 0V, -2.5V, +1V那么，发送方可做一个减法，用读取值减去其发送的值，这样就能得到对方往这根线上加了多高的电压：+1V, -1V, -0.5V, +2V如此一来，同一根线就能在同一时间，同时发送和接收数据了。再次强调，上述电压值仅仅为了解释原理，实际情况下，电压值可能完全不同，还会包含 EMI 等。同时，我们刚刚只讨论了双绞线中的一根线，另一根线仍然会承载反向的电压。使用这种技术，全部 4 对线都可被同时用作 TX 和 RX。另外与前面几节的讨论相同，由于采用了双绞线，它们都还会消除入方向和出方向的 EMI。总结读到这里，你应该对以太网和双绞线的知识点有一个宏观的理解了。这些年我们学习并整理出了这篇文章，原来看似简单的网线居然囊括了这么多技术点，现在感觉很对不起那些被我随便就扔掉的网线了。以太网线充满了许多我们本以为理所当然的技术，但实际却很复杂。本文为了便于理解，也省略了很多细节，如果读者有兴趣可以继续研究。编辑于 2024-02-29 14:41・IP 属地江苏网络工程以太网（Ethernet）赞同 24719 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录嵌入式工程猫的专栏嵌入式物联网全栈系统
Ethernet（以太网）基本工作原理 - 知乎
Ethernet（以太网）基本工作原理 - 知乎切换模式写文章登录/注册Ethernet（以太网）基本工作原理乐竹每天提醒自己，不要忘记梦想！以太网采用的介质控制方法是：CSMA/CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）Ethernet 数据发送流程CMSA/CD的发送流程可以简单概况为4步：先听后发、边听边发、冲突停止、延迟重发。（1）载波侦听过程每个主机在发送数据帧之前，首先要侦听总线的【忙/闲】状态。Ethernet网卡的收发器一直在接收总线上的信号，如果总线上有其他主机发送的信号，那么曼彻斯特解码器的解码时钟一直有输出；如果总线上没有信号发送，那么曼彻斯特（Manchester）解码器的时钟输出为0。Manchester解码器是网卡上的一个组件，解码时钟会根据线路上的信号以曼彻斯特编码解码。曼彻斯特编码因此，Manchester解码器的时钟信号可以反映出总线的【忙/闲】状态。（2）冲突检测方法载波侦听并不能完全消除冲突。———————————————————————————————————————电磁波在同轴电缆中传播速度约为 2×108m/s，如果局域网中两个【相隔最远】主机A和B相距 1000m，那主机A向主机B发送一帧数据要经过。t=\frac{1000}{2\times10^{8}}=5\times10^{-6} s=5\mu s 主机A发送数据后，要经过t后，主机B才接收到这个数据帧。在这5μs的时间内，主机B不知道主机A已经发送数据，它就有可能也向主机A发送数据。出现这种情况，主机A和主机B的这次发送就发生【冲突】。———————————————————————————————————————比较极端的冲突是：主机A向主机B发送数据，当数据信号快要到达主机B时，主机B也发送了数据。等到冲突信号传送回主机A时，已经经过了两倍的传播延迟2t（t=D/V，D为总线传输介质的最大长度，V是电磁波在介质中的传播速度）。冲突的数据帧可以传遍整个缆段，缆段上的主机都可以检测到冲突。缆段被称为【冲突域】，如果超过2t的时间没有检测出冲突，则该主机已取得【总线访问权】，因此将 2t定义为【冲突窗口】。冲突窗口是连接在一个缆段上所有主机能检测到冲突发生的最短时间。由于Ethernet物理层协议规定了总线最大长度，电磁波在介质中的传播速度是确定的，因此冲突窗口的大小也是确定的。最小帧长度与总线长度、发送速率之间的关系———————————————————————————————————————为了保证主机在发送一帧的过程可以检测到冲突，就要求发送一个最短帧的时间要超过冲突窗口的时间。因为帧发送并不是一瞬间全部发送完成，发送延迟 t = 帧长度/发送速率，发送速率一般不会改变，因此要在发送的过程中能检测到冲突需要规定一个最小帧长度最短帧长度为 L_{min} ，主机发送速率为S，发送短帧所需的时间为 L_{min} / S ，冲突窗口的值为2D/V \frac{L_{min}}{S}\geq \frac{2D}{V} 所以可以根据总线长度、发送速率和电磁波传播速度估计最小帧长度。———————————————————————————————————————冲突是指总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，它们叠加后的信号波形不等于任何一个主机输出的信号波形。冲突检测有两种方法：比较法 和 编码违例判决法。比较法：主机在发送帧的同时，将其发送信号波形与总线上接收到的信号波形进行比较（信号在总线上是双向传播的，比如主机A、B、C，B发送信号A与C都能接收到）。如果两个信号波形不一致，说明冲突发生。 编码违例判决法：检查从总线上接收的信号波形是否符合曼彻斯特编码规律，不符合则说明发生冲突。64B是Ethernet的最小帧长度：如果一个主机发送一个最小帧，或者一个帧的前64个字节没有检测到冲突，说明该主机已经取得总线发送权，冲突窗口期又称为争用期。发现冲突、停止发送如果主机在发送过程中检测到冲突，主机要进入停止发送，随机延迟后重发的流程。随机延迟重发的第一步是：发送冲突加强干扰序列，保证有足够的冲突持续时间，使局域网中的所有主机都能检测出冲突存在，并立即丢弃冲突帧，减少由于冲突浪费的时间，提高信道利用率。冲突加强干扰序列信号长度为32bit随机延迟重发Ethernet规定一个帧的最大重发次数为16。后退延迟算法是：截止二进制指数后退延迟———————————————————————————————————————算法可表示为： \tau =2 \cdot R \cdot a τ：重新发送所需的后退延迟时间。a：冲突窗口的值。R：随机数，以主机地址为初始值生成随机数R。k：k=min(n,10)，如果重发次数n小于10，则k=n，n≥10，则k=10.———————————————————————————————————————后退延迟时间τ到达后，节点将查询判断总线忙、闲状态，重新发送，如果再次遇到冲突，则重发次数+1，如果重发次数超过16时，表示发送失败，放弃发送该帧。CSMA/CD方法被定义为一种随机争用型介质控制访问方法。Ethernet帧结构Ethernet V2.0标准 和 IEEE 802.3标准的Ethernet帧结构的区别。———————————————————————————————————————Ethernet V2.0是在DEC、Intel（英特尔）、Xeror公司合作研究的，所以也称Ethernet V2.0帧结构为DIX帧结构（公司首字母）IEEE802.3标准对Ethernet帧结构也做出了规定，通常称之为 802.3帧———————————————————————————————————————（1）前导码 1. DIX帧的前8B是前导码，每个字节都是10101010。接收电路通过提取曼彻斯特编码的自含时钟，实现收发双方的比特同步。 说人话就是：编码时故意搞个特别的码在前面,通过长度告知解码器后面有货送来,注意接收。 通过前导码就可判断信号是有用信号还是干扰信号,否则忽略不解码。 2. 802.3帧的前导码，每个字节都是10101010。但是有一个10101011的帧前定界符。前56位（7B×8）前导码是为了保证在接收【目的地址】时，已经进入【稳定接收状态（识别出这个是有用信号）】在62位1010…1010比特序列后出现两个11，两个11后就是Ethernet帧的目的地址字段。 3. 前导码只是为了实现收发双方的比特同步与帧同步，在接收后不需要保留，也不计入帧头长度。（2）类型字段和长度字段 1. DIX帧的类型字段表示网络层使用的协议类型。——————————————————————————————————————— 例如：类型字段=0x0800表示网络层使用IPv4协议、类型字段=0x86DD表示网络层使用IPv6协议。——————————————————————————————————————— 2. Ethernet帧最小长度为64B，除去帧头（目的地址+源地址+源地址），数据字段最短为46B。数据字段最长为1500B，因此数据字段长度在46~1500B之间。 3. DIX帧没有长度字段，所以接收端等待物理线路上没有电平的跳变（帧发送结束），除去4B的校验字段，就能取出数据字段。（3）目的地址和源地址字段 1. 目的地址和源地址表示帧的接收节点和发送节点的硬件地址。 2. 硬件地址也叫物理地址、MAC地址、Ethernet地址。 3. 源地址必须是6B的MAC地址。 4. 目的地址可以是单播地址（发送给单一主机）、多播地址（发送给一部分主机）、广播地址（发送给所有主机）。（4）帧校验字段 1. 帧校验字段FCS（ Frame Check Sequence）采用32位的CRC校验。 2. CRC校验范围：目的地址、源地址、长度、LLC（Logical Link Control：逻辑链路控制）数据等字段。Ethernet接收流程分析主机主要不发送数据帧就处于接收状态。帧目的地址检查： 1. 目的地址是单一主机的物理地址，并且是本主机地址—>接收。 2. 目的地址是组地址，并且本主机属于该组—>接收。 3. 目的地址是广播地址—>接收。 4. 如果以上3种目的地址都与本主机地址不匹配，丢弃该接收帧。帧接收： 1. CRC校验正确。 2. 帧长度正确。 3. 如果1、2都正确，将帧中的数据发送到网络层，否则报告”接收失败“进入帧结束状态。帧校验： 1. CRC校验正确，但是帧长度不对，则报告“帧长度错”。 2. 如果校验出错，判断接收帧是不是8bit的整数倍（字段长度的单位是字节，1B=8bit，接收帧长度正常的话肯定是8bit的整数倍）☆ 如果不是8bit的整数倍，则报告“帧比特出错”。☆ 如果没有发现比特丢失或者比特位对位错，则报告“帧校验错”。 3. 进入结束状态。帧间最小间隔 1. 为保证网卡能正确、连续的处理接收帧，要规定一个帧间最小间隔 (网卡处理接收帧要时间、虽然很短) 2. 规定Ethernet帧的最小间隔为9.6μsEthernet网卡网卡由三部分组成：网卡与传输介质的接口（RJ45）、Ethernet数据链路控制器、网卡与主机的接口（主板的I/O扩展槽）。Ethernet数据链路控制器的功能：实现发送数据编码、接收数据解码、CRC产生与校验、曼彻斯特编码与解码、CSMA/CD介质访问控制。网卡的物理地址写入网卡的只读存储器中，不会与世界上任何一台其他的计算机重复。编辑于 2022-08-10 18:41Ethernet以太网（Ethernet）工作原理赞同 194 条评论分享喜欢收藏申请
什么是「以太网」，和局域网，互联网的区别是什么？ - 知乎
什么是「以太网」，和局域网，互联网的区别是什么？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册知乎话题的提问互联网知识库网络安全局域网以太网（Ethernet）什么是「以太网」，和局域网，互联网的区别是什么？关注者35被浏览120,041关注问题写回答邀请回答好问题 4添加评论分享15 个回答默认排序华为云开发者联盟已认证账号 关注以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络，作为一种计算机局域网技术，它和局域网和互联网有什么区别与联系呢？我们现在来一起分别探讨与深入研究一下它们各自的定义与它们之间的区别！一. 什么是以太网？以太网(Ethernet)指的是由 Xerox公司创建并由Xerox、Intel和 DEC公司联合开发的基带局域网规范，通用的以太网标准于1980年9月30日出台，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准（是局域网的一种）。以太网是一种计算机局域网技术。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。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，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。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网技术如令牌环、FDDI和ARCNET。1.1. 以太网的分类标准以太网（10Mbit/s)快速以太网（100Mbit/s）千兆（10Gbit/s）以太网标准以太网：最开始以太网只有10Mbps的吞吐量，它所使用的是CSMA／CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。快速以太网：随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10／100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。千兆以太网：千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。 千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地投资保护。二. 什么是局域网？局域网的英文全称是“Local Area Network”，缩写为“LAN”,是指在某一个区域内由多台计算机互联成的计算机组。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、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网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、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。局域网一般为一个部门或单位所有，建网、维护以及扩展等较容易，系统灵活性高。其主要特点是：覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。使用专门铺设的传输介质进行联网，数据传输速率高（10Mb/s～10Gb/s）。通信延迟时间短，可靠性较高。局域网的类型很多，若按网络使用的传输介质分类，可分为有线网和无线网；若按网络拓扑结构分类，可分为总线型、星型、环型、树型、混合型等；若按传输介质所使用的访问控制方法分类，又可分为以太网、令牌环网、FDDI网和无线局域网等。2.1. 局域网的拓扑结构局域网络拓扑结构是指用传输介质互联各种设备的物理布局，网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接。 这种连接方式就叫做拓扑结构。 目前常见的网络拓扑结构主要有总线型结构、环形结构、树形结构和网状结构等形状。目前常见的网络拓扑结构主要有以下三大类：（1）星型结构（2）环型结构（3）总线型结构星型结构：优点：网络结构简单，易于维护和管理；2. 控制简单，便于建网；3. 网络可靠性高，稳定性好。单个节点的故障只影响一个设备；4. 传输速度快，延迟小，误差低；5. 系统容易扩容。缺点：对中心节点的要求极高（包括中心节点的可靠性和冗余度）；2. 如果中心节点出故障，可能造成大面积网络瘫痪；3. 中心节点负担过重，结构较复杂，容易出现瓶颈。4. 系统安全性较差，资源共享性能较差。环型结构：优点：各工作站地位相等；2. 系统中无信道选择问题；3. 网络数据传输不会出现冲突和堵塞现象。缺点：可靠性低，节点的故障将会引起全网的故障；2. 故障诊断困难；3. 不易重新配置网络；4. 当环中节点过多的时候，将会影响信息传输速率。总线型结构：优点：网络结构简单，可靠性高；2. 电缆长度短，易于布线和维护；3. 节点间响应速度快，共享资源能力强；4. 设备投入量少，成本低；5. 易于扩充，数据端用户入网灵活。缺点：故障诊断困难；2. 故障隔离困难，任何节点的故障都有可能导致全网问题；3. 实时性较差；4. 网络规模较大时，传输效率下降幅度大。三. 什么是互联网？互联网（Internet）是指20世纪末期兴起电脑网络与电脑网络之间所串连成的庞大网络系统。这些网络以一些标准的网络协议相连。它是由从地方到全球范围内几百万个私人、学术界、企业和政府的网络所构成，通过电子、无线和光纤网络技术等等一系列广泛的技术联系在一起。互联网承载范围广泛的信息资源和服务，例如相互关系的超文本文件，还有万维网（WWW）的应用，电子邮件，通话，以及文件共享服务。20世纪末期兴起电脑网络与电脑网络之间所串连成的庞大网络系统。互联网，即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。内部结构：互联网指的是通过TCP/IP协议族相互连接在一起的计算机的网络。TCP是Transmission Control Protocol，传输控制协议；IP是Internet Protocol，网际协议。TCP/IP协议族是一个网络通讯模型，是当前互联网通讯的基础架构。IP用来去识别网络上的一台计算机。计算机要连接到一起相互通信，首先需要知道连接的目标计算机，而IP就能标识一台计算机。做一个类比，我们人跟人之间也需要建立连接才能交流，在一群人中说话，首先喊出一个人的名字，他就知道你在跟他说话了。IP就是计算机的名字。TCP是计算机之间控制传输信息的协议，同样的类比，就是人与人之间沟通的语言和方式。一个不会外语的中国人跟一个美国人交流是无效的，就跟好像一台计算机发送目标计算机无法识别的数据包。能够识别出网络上的计算机，同时也能以相互理解的方式进行通讯，这样计算机就可以连接到一起了。3.1. 数据是如何传输的？当一台计算机向另一台计算机发送数据时，计算机会按照互联网提前制定好的一系列协议规则把数据分段打包成信息包，然后给每一分组加上一个首部字节（可以理解为一个标识）。这些信息包通过网线经过路由器、交换机选择目的地址发送到另一台接收信息的计算机。数据传输类比于现实中的货物运输系统。一个仓库会把一批货物通过一定的规律分配给多个汽车、火车等交通工具。这些汽车或者火车通过公路、铁路把货物运送到目的地。在目的地再按照货物信息把货物分类卸车放到仓库中。当然不管是公路或者铁路都会经过一些立交桥或者其他过路车站。四. 以太网、局域网、互联网的区别我们根据上文的解释，可以得到下文理解：局域网是一个局部范围的计算机组。以太网可以看成是一种实现局域网通信的技术标准，是目前最广泛的局域网技术。局域网相对应的就是广域网。互联网可以看成是局域网、广域网等组成的一个最大的网络，它可以把世界上各个地方的网络都连接起来，个人、政府、学校、企业，只要你能想到的都包含在内。以太网可以用在局域网、广域网、也可以用在互联网上，因为简单易用，现在网络有以太网化的趋势。总结：互联网=通过路由协议联通的N个局域网。局域网=以太网+TCP/IP协议。以太网=基于广播(MAC寻址)和碰撞检测机制 CSMA/CD 的网络。参考资料局域网_百度百科 (http://baidu.com)本文分享自华为云社区《【云驻共创】什么是「以太网」，它和局域网，互联网的区别是什么？》，作者：上进小菜猪。点击关注，第一时间了解华为云新鲜技术~编辑于 2023-07-28 09:06赞同 844 条评论分享收藏喜欢收起知乎用户9Yn7az 关注以太网（英语：Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测）的总线技术。概述：1990年代的以太网网卡或叫NIC（Network Interface Card，以太网适配器）。这张卡可以支持基于同轴电缆的10BASE2 (BNC连接器，左)和基于双绞线的10BASE-T（RJ-45，右）。以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体——光以太。 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。以太网通讯具有自相关性的特点，这对于电信通讯工程十分重要。CSMA/CD共享介质以太网：带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台电脑要发送信息时，在以下行动与状态之间进行转换：开始 - 如果线路空闲，则启动传输，否则跳转到第4步。发送 - 如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小回报时间（min echo receive interval）以确保所有其他转发器和终端检测到冲突，而后跳转到第4步。成功传输 - 向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式。线路繁忙 - 持续等待直到线路空闲。线路空闲 - 在尚未达到最大尝试次数之前，每隔一段随机时间转到第1步重新尝试。超过最大尝试传输次数 - 向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的介质（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将延迟指数增长时间后再次尝试。延迟的时间通过截断二进制指数后移（英语：Exponential_backoff）（truncated binary exponential backoff）算法来实现。最初的以太网是采用同轴电缆来连接各个设备的。电脑通过一个叫做附加单元接口（Attachment Unit Interface，AUI）的收发器连接到电缆上。一条简单网路线对于一个小型网络来说很可靠，而对于大型网络来说，某处线路的故障或某个连接器的故障，都会造成以太网某个或多个网段的不稳定。因为所有的通信信号都在共享线路上传输，即使信息只是想发给其中的一个终端（destination），却会使用广播的形式，发送给线路上的所有电脑。在正常情况下，网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息，接收到目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求，除非网卡处于混杂模式（Promiscuous mode）。这种“一个说，大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点，因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽，所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢，比如电源故障之后，当所有的网络终端都重新启动时。以太网中继器和集线器：在以太网技术的发展中，以太网集线器（Ethernet Hub）的出现使得网络更加可靠，接线更加方便。因为信号的衰减和延时，根据不同的介质以太网段有距离限制。例如，10BASE5同轴电缆最长距离500米 （1,640英尺）。最大距离可以通过以太网中继器实现，中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段，但是只能有4个设备（即一个网段最多可以接4个中继器）。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题：当一段同轴电缆断开，所有这个段上的设备就无法通讯，中继器可以保证其他网段正常工作。类似于其他的高速总线，以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆，电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器，如果不这么做，就会发生类似电缆断掉的情况：总线上的AC信号当到达终端时将被反射，而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突，从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离，增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能，可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来，这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。随着应用的拓展，人们逐渐发现星型的网络拓扑结构最为有效，于是设备厂商们开始研制有多个端口的中继器。多端口中继器就是众所周知的集线器（Hub）。集线器可以连接到其他的集线器或者同轴网络。第一个集线器被认为是“多端口收发器”或者叫做“fanouts”。最著名的例子是DEC的DELNI，它可以使许多台具有AUI连接器的主机共享一个收发器。集线器也导致了不使用同轴电缆的小型独立以太网网段的出现。像DEC和SynOptics这样的网络设备制造商曾经出售过用于连接许多10BASE-2细同轴线网段的集线器。非屏蔽双绞线（unshielded twisted-pair cables , UTP）最先应用在星型局域网中，之后也在10BASE-T中应用，最后取代了同轴电缆成为以太网的标准。这项改进之后，RJ45电话接口代替了AUI成为电脑和集线器的标准线路，非屏蔽3类双绞线/5类双绞线成为标准载体。集线器的应用使某条电缆或某个设备的故障不会影响到整个网络，提高了以太网的可靠性。双绞线以太网把每一个网段点对点地连起来，这样终端就可以做成一个标准的硬件，解决了以太网的终端问题。采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构，但在逻辑上仍然是总线型的，半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法，集线器对于减少数据包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口，所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总传输量受到单个连接速度的限制（10或100 Mbit/s），这还是考虑在前同步码、传输间隔、标头、档尾和封装上都是最小花费的情况。当网络负载过重时，冲突也常常会降低传输量。最坏的情况是，当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时，可能因冲突过多导致网络的负载在仅50%左右程度就满载。为了在冲突严重降低传输量之前尽量提高网络的负载，通常会先做一些设定以避免类似情况发生。桥接和交换：尽管中继器在某些方面分隔了以太网网段，使得电缆断线的故障不会影响到整个网络，但它向所有的以太网设备转发所有的数据。这严重限制了同一个以太网网络上可以相互通信的机器数量。为了减轻这个问题，桥接方法被采用，在工作在物理层的中继器之基础上，桥接工作在数据链路层。通过网桥时，只有格式完整的数据包才能从一个网段进入另一个网段；冲突和数据包错误则都被隔离。通过记录分析网络上设备的MAC地址，网桥可以判断它们都在什么位置，这样它就不会向非目标设备所在的网段传递数据包。像生成树协议这样的控制机制可以协调多个交换机共同工作。早期的网桥要检测每一个数据包，因此当同时处理多个端口的时候，数据转发比Hub（中继器）来得慢。1989年网络公司Kalpana发明了EtherSwitch，第一台以太网交换机。以太网交换机把桥接功能用硬件实现，这样就能保证转发数据速率达到线速。大多数现代以太网用以太网交换机代替Hub。尽管布线方式和Hub以太网相同，但交换式以太网比共享介质以太网有很多明显的优势，例如更大的带宽和更好的异常结果隔离设备。交换网络典型的使用星型拓扑，虽然设备在半双工模式下运作时仍是共享介质的多节点网，但10BASE-T和以后的标准皆为全双工以太网，不再是共享介质系统。交换机启动后，一开始也和Hub一样，转发所有数据到所有端口。接下来，当它记录了每个端口的地址以后，他就只把非广播数据发送给特定的目的端口。因此线速以太网交换可以在任何端口对之间实现，所有端口对之间的通讯互不干扰。因为数据包一般只是发送到他的目的端口，所以交换式以太网上的流量要略微小于共享介质式以太网。然而，交换式以太网仍然是不安全的网络技术，因为它很容易因为ARP欺骗或者MAC满溢而瘫痪，同时网络管理员也可以利用监控功能抓取网络数据包。当只有简单设备（除Hub之外的设备）连接交换机端口时，整个网络可能处于全双工模式。如果一个网段只有2个设备，那么冲突探测也不需要了，两个设备可以随时收发数据。这时总带宽是链路的2倍，虽然双方的带宽相同，但没有发生冲突就意味着几乎能利用到100%的带宽。交换机端口和所连接的设备必须使用相同的双工设置。多数100BASE-TX和1000BASE-T设备支持自动协商特性，即这些设备通过信号来协调要使用的速率和双工设置。然而，如果自动协商功能被关闭或者设备不支持，则双工设置必须通过自动检测进行设置或在交换机端口和设备上都进行手工设置以避免双工错配——这是以太网问题的一种常见原因（设备被设置为半双工会报告迟发冲突，而设备被设为全双工则会报告runt）。许多较低层级的交换机没有手工进行速率和双工设置的能力，因此端口总是会尝试进行自动协商。当启用了自动协商但不成功时（例如其他设备不支持），自动协商会将端口设置为半双工。速率是可以自动感测的，因此将一个10BASE-T设备连接到一个启用了自动协商的10/100交换端口上时将可以成功地创建一个半双工的10BASE-T连接。但是将一个配置为全双工100Mb工作的设备连接到一个配置为自动协商的交换端口时（反之亦然）则会导致双工错配。即使电缆两端都设置成自动速率和双工模式协商，错误猜测还是经常发生而退到10Mbps模式。因此，如果性能差于预期，应该查看一下是否有计算机设置成10Mbps模式了，如果已知另一端配置为100Mbit，则可以手动强制设置成正确模式。.当两个节点试图用超过电缆最高支持数据速率（例如在3类线上使用100Mbps或者3类/5类线使用1000Mbps）通信时就会发生问题。不像ADSL或者传统的拨号Modem通过详细的方法检测链路的最高支持数据速率，以太网节点只是简单的选择两端支持的最高速率而不管中间线路，因此如果速率过高就会导致链路失效。解决方案为强制通讯端降低到电缆支持的速率。以太网类型：除了以上提到的不同帧类型以外，各类以太网的差别仅在速率和配线。因此，同样的网络协议栈软件可以在大多数以太网上执行。以下的章节简要综述了不同的正式以太网类型。除了这些正式的标准以外，许多厂商因为一些特殊的原因，例如为了支持更长距离的光纤传输，而制定了一些专用的标准。很多以太网卡和交换设备都支持多速率，设备之间通过自动协商设置最佳的连接速度和双工方式。如果协商失败，多速率设备就会探测另一方使用的速率但是默认为半双工方式。10/100以太网端口支持10BASE-T和100BASE-TX。10/100/1000支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T。部分以太网类型局域网（英语：Local Area Network，简称LAN）是连接住宅、学校、实验室、大学校园或办公大楼等有限区域内计算机的计算机网络 。相比之下，广域网（WAN）不仅覆盖较大的地理距离，而且还通常涉及固接专线和对于互联网的链接。 相比来说互联网则更为广阔，是连接全球商业和个人电脑的系统。在历经使用了链式局域网（英语：ARCNET）、令牌环与AppleTalk技术后，以太网和Wi-Fi（无线网络连接）是现今局域网最常用的两项技术。机理：局域网（Local Area Network, LAN），又称内网。指覆盖局部区域（如办公室或楼层）的计算机网络。按照网络覆盖的区域（距离）不同，其他的网络类型还包括个人网、城域网、广域网等。早期的局域网网络技术都是各不同厂家所专有，互不兼容。后来，电机电子工程师学会推动了局域网技术的标准化，由此产生了IEEE 802系列标准。这使得在建设局域网时可以选用不同厂家的设备，并能保证其兼容性。这一系列标准覆盖了双绞线、同轴电缆、光纤和无线等多种传输介质和组网方式，并包括网络测试和管理的内容。随着新技术的不断出现，这一系列标准仍在不断的更新变化之中。以太网（IEEE 802.3标准）是最常用的局域网组网方式。以太网使用双绞线作为传输介质。在没有中继的情况下，最远可以覆盖200米的范围。最普及的以太网类型数据传输速率为100Mb/s，更新的标准则支持1000Mb/s和10Gb/s的速率。其他主要的局域网类型有令牌环和FDDI（光纤分布数字接口，IEEE 802.8）。令牌环网络采用同轴电缆作为传输介质，具有更好的抗干扰性；但是网络结构不能很容易的改变。FDDI采用光纤传输，网络带宽大，适于用作连接多个局域网的骨干网。近两年来，随着802.11标准的制定，无线局域网的应用大为普及。这一标准采用2.4GHz 和5.8GHz 的频段，数据传输速度最高可以达到300Mbps和866Mbps。局域网标准定义了传输介质、编码和介质访问等底层（一二层）功能。要使数据通过复杂的网络结构传输到达目的地，还需要具有寻址、路由和流量控制等功能的网络协议的支持。TCP/IP（传输控制协议/互联网络协议）是最普遍使用的局域网网络协议。它也是互联网所使用的网络协议。其他常用的局域网协议包括，IPX、AppleTalk等。在无线 LAN 中，用户可以在覆盖区域内不受限制地移动。无线网络因其易于安装而在住宅和小型企业中流行起来。大多数无线局域网都使用 Wi-Fi，因为它内置于智能手机、平板电脑和笔记本电脑中。客人通常可以通过热点服务上网。网络拨接互联网（英语：Internet）是指20世纪末期兴起电脑网络与电脑网络之间所串连成的庞大网络系统。这些网络以一些标准的网络协议相连。它是由从地方到全球范围内几百万个私人、学术界、企业和政府的网络所构成，通过电子、无线和光纤网络技术等等一系列广泛的技术联系在一起。互联网承载范围广泛的信息资源和服务，比方说相互关系的超文本文件，还有万维网（WWW）的应用、电子邮件、通话，以及文件共享服务。互联网的起源可以追溯到1960年代美国联邦政府委托进行的一项研究，目的是创建容错与电脑网络的通信。互联网的前身ARPANET最初在1980年代作为区域学术和军事网络连接的骨干。1980年代，NSFNET（英语：NSFNET）成为新的骨干而得到资助，以及其他商业化扩展得到了私人资助，这导致了全世界网络技术的快速发展，以及许多不同网络的合并结成更大的网络。到1990年代初，商业网络和企业之间的连接标志着向现代互联网的过渡。尽管互联网在1980年代只被学术界广泛使用，但商业化的服务和技术，令其极快的融入了现代每个人的生活。互联网并不等同万维网，互联网是指凡是能彼此通信的设备组成的网络就叫互联网，指利用TCP/IP通讯协定所创建的各种网络，是国际上最大的互联网，也称“国际互联网”。万维网是一个由许多互相链接的超文本组成的系统，通过互联网访问。在此定义下，万维网是互联网的一项服务。不过多数民众并不区分两者，常常混用。连接技术：任何需要使用互联网的计算机必须通过某种方式与互联网进行连接。互联网接入技术的发展非常迅速，带宽由最初的14.4Kbps发展到目前的100Mbps甚至1Gbps带宽，接入方式也由过去单一的电话拨号方式，发展成现在多样的有线和无线接入方式，接入终端也开始朝向移动设备发展。并且更新更快的接入方式仍在继续地被研究和开发。架构：最顶层的是一些应用层协议，这些协议定义了一些用于通用应用的数据报结构，包括FTP及HTTP等。中间层是UDP协议和TCP协议，它们用于控制数据流的传输。UDP是一种不可靠的数据流传输协议，仅为网络层和应用层之间提供简单的接口。而TCP协议则具有高的可靠性，通过为数据报加入额外信息，并提供重发机制，它能够保证数据不丢包、没有冗余包以及保证数据包的顺序。对于一些需要高可靠性的应用，可以选择TCP协议；而相反，对于性能优先考虑的应用如流媒体等，则可以选择UDP协议。最底层的是互联网协议，是用于报文交换网络的一种面向数据的协议，这一协议定义了数据包在网际传送时的格式。目前使用最多的是IPv4版本，这一版本中用32位定义IP地址，尽管地址总数达到43亿，但是仍然不能满足现今全球网络飞速发展的需求，因此IPv6版本应运而生。在IPv6版本中，IP地址共有128位，“几乎可以为地球上每一粒沙子分配一个IPv6地址”。IPv6目前并没有普及，许多互联网服务提供商并不支持IPv6协议的连接。但是，可以预见，将来在IPv6的帮助下，任何家用电器都有可能连入互联网。互联网承载着众多应用程序和服务，包括万维网、社交媒体、电子邮件、移动应用程序、多人电子游戏、互联网通话、文件分享和流媒体服务等。提供这些服务的大多数服务器托管于数据中心，并且通过高性能的内容分发网络访问。万维网（英语：World Wide Web）亦作WWW、Web、全球广域网，是一个透过互联网访问的，由许多互相链接的超文本组成的信息系统。英国科学家蒂姆·伯纳斯-李于1989年发明了万维网。1990年他在瑞士CERN的工作期间编写了第一个网页浏览器。网页浏览器于1991年1月向其他研究机构发行，并于同年8月向公众开放。罗伯特·卡里奥设计的Web图标万维网是信息时代发展的核心，也是数十亿人在互联网上进行交互的主要工具。网页主要是文本文件格式化和超文本置标语言（HTML）。除了格式化文字之外，网页还可能包含图片、视频、声音和软件组件，这些组件会在用户的网页浏览器中呈现为多媒体内容的连贯页面。万维网并不等同互联网，万维网只是互联网所能提供的服务其中之一，是靠着互联网运行的一项服务。参考文献： Wendell Odom. CCENT/CCNA ICND1 100-105 Official Cert Guide. Cisco Press. 2016: 43页. ISBN 978-1-58720-580-4.Internet协议观念与实现ISBN 9577177069Internet协议观念与实现ISBN 9577177069IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-2 p.109IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-6 p.111网络化生存，乔岗，中国城市出版社，1997年，ISBN 978-7-5074-0930-7Richard J. Smith, Mark Gibbs, Paul McFedries 著，毛伟、张文涛 译，Internet漫游指南，人民邮电出版社，1998年. ISBN 978-7-115-06663-3世界是平的，汤马斯·佛里曼 著，2005年出版. ISBN 978-986-80180-9-9内容采用CC BY-SA 3.0授权。编辑于 2022-02-13 12:07赞同 71 条评论分享收藏喜欢
技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网 - 知乎
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