以太网技术

如果主机A发出一个数据帧给主机B，如何标识主机A和主机B呢？这就是主机地址问题。

在以太网中标识主机A和主机B靠的时物理地址，也就是MAC地址，MAC地址是48位的二进制代码，其中前24位是供应商标识，是由英特网号码公司给各个厂商分配的代码，例如IBM公司生产的网卡前24位是00-06-1b，CISCO公司生产的网卡前24位是00-0d-28，这都是固定的，后面的24位是供应商对应网卡的具体编号。

前八位的最后一位如果是0的话，说明他是单播地址，用来实现一对一的通信的，如果前前八位的最后一位是1的话，代表它是一个逻辑地址，就是组播MAC地址，用来实现一对一组通信的，如果这48位全部是1，他就是广播MAC地址，MAC地址由于太长，直接使用二进制表示不方便，通常是使用十六进制表示。

以太网技术——以太网V2帧格式

V2帧格式：

主机之间发送的数据需要保证双方互相都能读懂，那么他们发送的数据帧的格式，是不是需要有一个同意的规范呢？

很显然是需要的，这个统一的规范是以太网帧格式，以太网帧格式有两个标准，一个是V2标准，是事实工业标准，还有一个IEEE802.3所规定的帧格式。

以太网帧格式是从目的地址到帧校验序列（FCS）这一段，这就是以太网MAC帧，只不过在发送以太网MAC帧的时候要加入前同步码和帧开始定界符。

前同步码和帧开始定界符的编码很有特点，刚开始是10101010一直到最后的11，最后这两个11就是高速接收方准备接收以太网MAC帧。

MAC帧只算目的到帧校验序列（FCS），图中的6代表的是字节，1个字节是等于8比特的，目的地址就是6个字节，也就是48位的MAC地址，源地址是48位的源MAC地址，也就是发送方的MAC地址，类型描述的是当接收方收到以太帧之后，取掉以太帧的首部，要把以太帧向上层交付，具体交付给网络层的哪一个协议是由类型字段所决定的，网络层除了IP协议以外还有IPX这样的协议，数据就是封装整个网络层数据包，例如整个IP数据包会做为整个以太网MAC帧的数据包来封装。最后是帧校验序列（FCS），帧校验序列是32位的，所以用的是CRC的校验方式。

在这个帧格式中发现最小的帧长为6+6+2+46+4=64字节，这是为了能够检测出冲突，最大帧长是1518字节。

IEEE802.3帧格式：

对于IEEE802.3这个标准而言，它其实是没有类型字段的，它叫做长度字段，指的是数据字段它的一个长度，实际上这两种帧格式是可以进行合并，第三个字段叫做类型长度字段，小于1500的值定义为长度字段，大于1530的值表示向上层交给哪一个协议，这两种格式可以做对应的一个统一。

以太网技术——网络传输介质：

同轴电缆：

最早期的以太网用的是同轴电缆，现在同轴电缆已经被淘汰了，因为同轴电缆非常笨重，而且非常容易受到干扰，误码率较高。

双绞线：

双绞线分为无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，屏蔽双绞线相对于无屏蔽双绞线而言，多了一个金属丝编织而成的屏蔽层，主要是抗电磁干扰，在电磁干扰比较严重的环境下可以用屏蔽双绞线来进行组网，屏蔽双绞线的价格会比无屏蔽双绞线要贵，传输距离也会短。

无屏蔽双绞线UTP：

屏蔽双绞线STP：

双绞线在制作的时候有对应的线序，常用的是IEEE做制定出来的T568B这个标准，双绞线里面有八芯线缆，用颜色区分，T568B的线序是白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕，还有一个标准是T568A，T568A和T568B的区别是1线和3线，5线和6线做了一个调换。

虽然里面有8根线，但是在百兆网的时候只用到1、2、3、6来传递信息，4、5、7、8是不被使用的，千兆网络的时候才用到8根线。

直通线和双绞线：

根据线序的标准，双绞线又分为直通线和交叉线。

直通线：两端使用相同的线序标准，也就是线的两端都使用T568B标准。

交叉线：两端使用不同的标准取制作双绞线，也就是一端使用T568A的线序标准，另外一段使用T568B的线序标准。

理论上讲，直通线和交叉线的使用范围不一样，直通线是用于DCE设备和DTE设备的互联，一个是数据传递设备，另一个是数据终端设备，数据传递设备会主动和数据终端设备协商频率，数据终端设备只能根据数据传递设备的频率来进行工作，典型的DCE设备有交换机。DTE设备有路由器，PC等。例如交换机和路由器相连就使用直通线。

交叉线用于同种设备之间的互联，例如DCE和DCE设备的互联，DTE和DTE设备的互联。

但是实际生活中，已经不在区分交叉线和直通线，因为网络设备可以自适应的，现在制作网线都是统一直通线去做的，不在关注两台互联的设备是什么。即使是交换机与交换机互联也是可以使用直通线的。

T568A:白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕

T568B:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕

光纤：

光纤在发送端会有一个光源，例如半导体激光器构成的光源，在光纤中传递的是光信号，在接收端会有一个广检测器，把光信号再次还原成电信号。

单模光纤和多模光纤：

光纤分为单模光纤和多模光纤。

多模光纤：

指的是光线在里面进行传递的时候会经过很多次反射向前进行传递，会存在模式色散的问题，多模光纤在软考中每段限制在500米之内，带宽也是不如单模光纤。

单模光纤：

光线在里面沿着直线进行传递，不会经过很多次反射，不存在模式色散的问题，它的传输距离可以达到三公里以上，而且带宽较大，在实际中多模光纤已经被淘汰了。

双绞线与光纤的测试指标：

双绞线：

指标包括：衰减（Attenuation）、近端串扰（NEXT）、直流电阻、阻抗特性、衰减串扰比（ACR）和电缆特性（SNR）、传播时延（T）等。

光纤：

光纤连通性检测、光纤衰减检测、光纤污染检测以及光纤故障定位检测。

快速以太网技术：

随着用户需求的增加，带宽在传统以太网来看的话只有10Mbps，已经不够了，后面就有了快速以太网的标准。

快速以太网它的特点有把带宽从10Mbps提升到了100Mbps，为了维持和传统以太网的兼容性，用的是相同的帧格式，另外它的工作模式不经可以半双工，还可以全双工，而且在全双工模式下是不需要有CSMA/CD协议控制的，因为在全双工模式下是不会产生冲突问题的。

全双工模式指的是在通信的时候用的是两条信道，一条用来发送数据，另外一条用来接收数据，所以在全双工模式下可以同时发送和接收数据，并不会产生冲突问题，在半双工模式下就需要CSMA/CD协议来解决冲突问题。

快速以太网的标准是100Base-T。

另外快速以太网还定义了一些传输介质的标准，例如：

100Base-TX，这个主要讲的是双绞线标准，是一种全双工系统；

100Base-FX，这个定义的是光纤，两芯的单模或多模光纤；

100Base-T4，这个定义的是四类非屏蔽双绞线，其中三对用于数据传输，一对用于冲突检测，这是一种半双工的系统，后面为了解决T4这个系统不能够全双工的缺点，又定义了100Base-T2这个标准。

技术特点：

100Mbps

相同的帧格式

半双工/全双工

100Base-T

传输介质标准：

100Base-TX

100Base-FX

100Base-T4

100Base-T2

千兆以太网技术：

再后来，需求进一步提高就有了千兆以太网，千兆以太网技术特点有：1000Mbps，带宽提升到了1000Mbps，为了维持兼容性用的是相同的帧格式，也可以工作在半双工和全双工的工作模式下。

而定义的传输介质标准主要分两大类，第一大类是IEEE802.3ab所定义的1000Base-T，用的是五类非屏蔽双绞线，每一段最大长度100米，而后面三种是第二大类，是IEEE802.3z这个标准所定义的，其中1000Base-SX对应的是多模光纤，最大每段长550米，1000Base-LX是单模光纤，最大段长3公里以上，1000Base-CX是屏蔽双绞线，最大段长25米。

技术特点：

1000Mbps

相同的帧格式

半双工/全双工

传输介质：

1000Base-T

1000Base-SX

1000Base-LX

1000Base-CX

万兆以太网技术：

到了万兆以太网这个时代，带宽提高到了10000Mbps，为了兼容性，仍然使用相同的帧格式，注意的是万兆以太网只工作再全双工模式。

而且万兆以太网的传输介质标准不仅局限于局域网，再广域网领域也可以使用万兆以太网技术。

技术特点：

10000Mbps

相同的帧格式

全双工

传输介质标准：

局域网物理层

可选的广域网物理层

端口自协商：

对于现有的局域网，使用的又三种标准，分别是标准以太网、快速以太网、千兆以太网，也就是说再现在的局域网结构中，一个单位它里面的设备可能又标准以太网用的交换机，或者说快速以太网用的交换机以及千兆以太网用的交换机，那么就涉及到了端口自协商的技术。

例如A用的是标准以太网的设备，B用的也是标准以太网的设备，他们再工作的时候自行协商支持的最高速率就是10Mbps，如果两边的设备都是千兆的，那么他们工作是端口自协商的速率为1000Mbps，如果一边是千兆的，一边是快速的，那么协商的速率就是100Mbps，两边都能够支持的最高速率为最后协商的结果。

端口自协商这个技术是硬件再底层的自动完成的，不需要网络管理员去干预，所以效率会比较高。

端口自协商速率一览表：

冲突域和广播域：

冲突域：

冲突域实际上指的是物理层它的一个概念，再总线型拓扑结构中，A主机给B主机发对应的一个信息，B主机、C主机、D主机、E主机都不能够发信息，一旦他们发信息必然会产生冲突问题，所以说A主机、B主机、C主机、D主机、E主机它们是处于再一个冲突域中，它们是通过一根导线来进行相连的。

想要解决这个冲突域物理层设备是不行的，可以改采用链路层的设备，例如通过以太网交换机把多台主机进行互联，用交换机把A主机、B主机、C主机这三个设备连接起来，这时候A主机给C主机发信息的时候B主机是收不到的，因为交换机是一种链路层设备，它可以根据目的MAC地址进行寻址，再交换机内部会有一张MAC地址和端口的映射表。

映射表里面记录C主机从三号端口转发，B主机从2号端口转发，A主机从1号端口转发，当交换机看到这个帧的目的地址是给3号主机的，直接就从3号端口转发出去，B主机是收不到的，而且这时候B主机是可以发送信息的。交换机可以隔离冲突域。

广播域：

广播域属于链路层的概念，指的是一台主机发出广播信息，看拿一些主机可以收到这个广播信息。

例如A主机发一个广播帧，广播帧的目的地址是48位都为1的MAC地址，格式为：FF-FF-FF-FF-FF-FF，这个广播帧发送出去之后，B主机和C主机都可以收到，所以A主机、B主机、C主机都属于同一个广播域，二层设备是不能分割广播域的。

但是D主机收不到这个广播帧的，因为A主机和D主机属于两个不同的网络，中间是通过一个三层设备路由器来进行相连的，路由器本身是不转发广播信息的 ，所以A主机发出的广播只能B主机和C主机收到，D主机是收不到的，所以说A主机和D主机不在同一个广播域当中，路由器是可以分割广播域的。

交换式以太网：

交换机能够根据以太网帧中的目的地址智能的转发数据。

交换机能够分割冲突域，实现全双工通信，不适用CMSA/CD协议，而是以全双工方式工作。但仍然采用以太网的帧格式。

交换机是用用户独享带宽，增加了总容量。

交换机之所以可以智能的转发数据，靠的是MAC和端口的映射表。

刚从市面上买回来的交换机里面的映射表肯定为空的，如果映射表是空的，交换机也是可以转发数据的。

交换机背板带宽的计算方式：

例如一个端口100Mbps的带宽，一台交换机24个端口，用端口数量乘以单个端口的带宽再乘以2即可算出交换机背板带宽，之所以要乘以2是因为交换机是全双工工作的。

广播：

如果目标地址再MAC地址表中没有，交换机就向除了接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧。

学习：

MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的。

例如一开始交换的MA地址表是空的，PC1需要给PC4发一条信息，这个帧的源MAC是PC1，目的MAC是PC4，当这个帧到达交换机之后，交换机会去查MAC地址表，发现是空的，那么交换机会广播式的向除了PC1的端口以外的所有端口进行转发，同时交换机会记录PC1的MAC和对应的端口。

转发：

交换机根据MAC地址表单播转发数据帧。

更新：

交换机MAC地址表的老化时间式300秒，操过这个老化时间里面的条目会自动清除。

交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中的源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC地址重新学习到新端口。

交换机转发数据帧的方式：

交换机转发数据帧的方式分为三种。

第一种式快速转发，快速转发指的式交换机收到一帧之后，看一看帧的目的MAC，然后转发出去，不做差错校验。

第二种式存储转发，交换机收到这一帧之后，存储起来做差错校验，如果这一帧没有问题再通过目的MAC地址转发，优点是引入了差错校验，缺点是延迟提高了。

第三种是两种的折中，碎片丢弃式，接收到这一帧前64个字节之后做校验，如果这个长度小于64个字节的意味这个是冲突碎片，直接丢弃。

堆叠和级联：

堆叠和级联是为了解决交换机端口不够用的情况。

交换机的连接方式有两种，一种是堆叠，一种是级联。

级联可以通过一根双绞线再任何网络设备厂家的交换机之间进行。

级联可以使用普通端口级联，也可以使用uplink端口级联。

堆叠只有再自己厂家的设备之间进行。

堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆。

堆叠之后的所有交换机可视为一个整体交换机来进行管理。

堆叠方式：

堆叠方式有两种，一种是菊花链式堆叠，所有的交换机通过堆叠线缆进行依次连接，首尾两台也互相连接。

另一种堆叠方式式新型的堆叠模式，这一种堆叠模式可以提高转发效率，但是稳定性不如菊花链式。

菊花链式堆叠：

新型式堆叠：