通信專業(yè)傳輸與接入考試培訓(xùn)Ethernet幀結(jié)構(gòu)

  1．Ethernet幀結(jié)構(gòu)
  1)  MAC地址
  MAC地址也叫物理地址、硬件地址或鏈路地址，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)時(shí)寫在硬件內(nèi)部。這個(gè)地址與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，也即無論將帶有這個(gè)地址的硬件(如網(wǎng)卡、集線器、路由器等)接入到網(wǎng)絡(luò)的何處，它都有相同的MAC地址，MAC地址一般不可改變，不能由用戶自己設(shè)定。
  MAC地址的長度為48位(6個(gè)字節(jié))，通常表示為12個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，每兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)之間用冒號隔開，如AA:BB:CC:DD:EE:FF就是一個(gè)MAC地址，其中前6位十六進(jìn)制數(shù)08:00:20代表網(wǎng)絡(luò)硬件制造商的編號，它由IEEE分配，而后3位十六進(jìn)制數(shù)0A:8C:6D代表該制造商所制造的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品(如網(wǎng)卡)的系列號。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)制造商必須確保它所制造的每個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備都具有相同的前三字節(jié)以及不同的后三個(gè)字節(jié)。這樣就可保證世界上每個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備都具有惟一的MAC地址。

  2) 介質(zhì)訪問控制MAC子層的幀格式
  它包括以下字段：
  (1) 前導(dǎo)碼：由7個(gè)8位字節(jié)組成，用于確保接收端的接收比特同步。前導(dǎo)碼的56位比特序列是101010…10。
  (2) 幀前定界符SFD：由一個(gè)8位的字節(jié)組成，其比特序列為10101011。前導(dǎo)碼與幀前定界符構(gòu)成62位101010…10比特序列和最后兩位的11比特序列。設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定前62位1和0交替是比特序列的目的，是使收、發(fā)雙方進(jìn)入穩(wěn)定的比特同步狀態(tài)。接收端在收到后兩比特1時(shí)，標(biāo)志在它之后應(yīng)是目的地址段。
  (3) 目的地址DA：指明該幀的接收者，標(biāo)準(zhǔn)允許2字節(jié)和6字節(jié)兩種長度的地址形式，但10M基帶以太網(wǎng)只使用6字節(jié)地址。目的地址的較高位標(biāo)識地址的性質(zhì)，“0”代表這是一個(gè)普通地址，“1”代表這是一個(gè)群地址，用于實(shí)現(xiàn)多播通信(Multicast)。目的地址取值為全“1”則代表這是一個(gè)廣播幀。
  (4) 源地址SA：幀的發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址，其長度必須與目的地址相同。
  (5) 長度：由兩個(gè)8位的字節(jié)組成，用來指示LLC數(shù)據(jù)字段的長度。
  (6)  LLC數(shù)據(jù)：用于傳送介質(zhì)訪問控制MAC子層的高層邏輯鏈路控制子層LLC的數(shù)據(jù)。IEEE 802.3協(xié)議規(guī)定LLC數(shù)據(jù)的長度在46～1500字節(jié)之間。如果LLC數(shù)據(jù)的長度少于46字節(jié)，則需要加填充字節(jié)，補(bǔ)充到46字節(jié)。
  (7) 幀校驗(yàn)FCS：采用32位的CRC校驗(yàn)。校驗(yàn)的范圍是目的地址、源地址、長度、LLC 數(shù)據(jù)等。
  CSMA/CD方式的主要特點(diǎn)是：原理比較簡單，技術(shù)較易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于同等地位，不要集中控制，但這種方式不能提供優(yōu)先級控制，各節(jié)點(diǎn)競爭總線，不能滿足遠(yuǎn)程控制所需要的確定延時(shí)和絕對可靠性的要求。此方式效率高，但當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送信息的等待時(shí)間較長。

  3) 以太網(wǎng)物理層介質(zhì)
  對于具體可選用的物理層的實(shí)現(xiàn)方案，IEEE 802.3制定了以下一個(gè)簡明的表示法：
  <以Mb/s為單位的傳輸速率> <信號調(diào)制方式><以百米為單位的網(wǎng)段的最大長度>
  例如10 Base-2，10代表傳輸速率是10 Mb/s，Base代表采用基帶信號方式，2代表一個(gè)網(wǎng)段的長度是200米。
  4) 百兆以太網(wǎng)
  百兆以太網(wǎng)指100 Base-T或快速Ethernet, IEEE 802.3委員會于1995制訂了快速Ethernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3 μ，該新標(biāo)準(zhǔn)作為對IEEE 802.3的補(bǔ)充和擴(kuò)充，保持了和原有標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。
  快速Ethernet在MAC子層仍然使用CSMA/CD協(xié)議，幀結(jié)構(gòu)和幀的最小長度也保持不變，但幀的發(fā)送間隔從9.6 μs減少到0. 96 μs，以支持在共享介質(zhì)上100 Mb/s基帶信號的傳輸速率。
  快速Ethernet標(biāo)準(zhǔn)也定義了多種物理介質(zhì)的選項(xiàng)規(guī)范，它們都要求在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間使用兩條物理鏈路：一條用于信號發(fā)送，另一條用于信號接收。其中，100 Base-TX要求使用一對屏蔽雙絞線(STP)或五類無屏蔽雙絞線(UTP)，100 Base-FX使用一對光纖，100 Base-T4使用4對三類或五類UTP，它主要是為目前存在的大量話音級的UTP設(shè)計(jì)的。
  快速Ethernet與傳統(tǒng)Ethernet保持了很好的兼容性，用戶只需要更換一塊100M網(wǎng)卡和相關(guān)的互連設(shè)備，就可以將網(wǎng)絡(luò)升級到100 Mb/s，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和上層應(yīng)用軟件均可以保持不變，目前大多數(shù)100M網(wǎng)卡均支持自動協(xié)商機(jī)制，可以自動識別10 M或100 M的網(wǎng)絡(luò)，確定自己的實(shí)際工作速率。

  5) 千兆Ethernet
  千兆Ethernet標(biāo)準(zhǔn)在IEEE 802.3委員會制定的IEEE 802.3z中定義，它與Ethernet和快速Ethernet 工作原理相同，在定義新的介質(zhì)和傳輸規(guī)范時(shí)，千兆Ethernet保留了CSMA/CD協(xié)議和MAC幀格式，幀間隔則提升到0. 096 μs。
  目前千兆Ethernet標(biāo)準(zhǔn)包含的主要物理層介質(zhì)選項(xiàng)如下：
  (1) 1000 Base-LX: 使用62.5 μm或50 μm多模光纖，最長網(wǎng)段距離為550 m，采用1 μm單模光纖，最長網(wǎng)段距離為5 km。工作波長范圍為1270～1355 nm。
  (2) 1000 Base-SX: 使用62.5 μm多模光纖，最長網(wǎng)段距離為275 m，采用50 μm多模光纖，最長網(wǎng)段距離為550 m。工作波長范圍為770～860 nm。
  (3) 1000 Base-T：使用4對五類UTP，最長網(wǎng)段距離為100 m。上述選項(xiàng)中除1000 Base-T使用4D-PAM5編碼方案外，其他都使用8B/10B方案。目前來看，千兆Ethernet技術(shù)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：
  (1) 在局域網(wǎng)方面：主要用于組建網(wǎng)絡(luò)骨干，在局域網(wǎng)交換機(jī)到交換機(jī)的互連中使用千兆Ethernet接口，例如，長距離使用光纖，短距離則使用銅線，以解決由于100兆Ethernet普及后，對骨干網(wǎng)帶寬的壓力。在局域網(wǎng)中的另外一個(gè)應(yīng)用是交換機(jī)至信息服務(wù)器的連接，以解決信息訪問瓶頸。
  (2) 在廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)中：由于千兆Ethernet與ATM技術(shù)相比，不但技術(shù)簡單，而且成本低，提供寬帶的能力也強(qiáng)于ATM，由于與現(xiàn)有的企業(yè)、機(jī)構(gòu)局域網(wǎng)互通簡單，因而它目前也被廣泛用于組建基于IP的城域網(wǎng)和IP廣域骨干網(wǎng)。

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