通信专业传输与接入考试培训Ethernet帧结构

  1．Ethernet帧结构
  1)  MAC地址
  MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址，由网络设备制造商生产时写在硬件内部。这个地址与网络无关，也即无论将带有这个地址的硬件(如网卡、集线器、路由器等)接入到网络的何处，它都有相同的MAC地址，MAC地址一般不可改变，不能由用户自己设定。
  MAC地址的长度为48位(6个字节)，通常表示为12个十六进制数，每两个十六进制数之间用冒号隔开，如AA:BB:CC:DD:EE:FF就是一个MAC地址，其中前6位十六进制数08:00:20代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE分配，而后3位十六进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。每个网络制造商必须确保它所制造的每个以太网设备都具有相同的前三字节以及不同的后三个字节。这样就可保证世界上每个以太网设备都具有惟一的MAC地址。

  2) 介质访问控制MAC子层的帧格式
  它包括以下字段：
  (1) 前导码：由7个8位字节组成，用于确保接收端的接收比特同步。前导码的56位比特序列是101010…10。
  (2) 帧前定界符SFD：由一个8位的字节组成，其比特序列为10101011。前导码与帧前定界符构成62位101010…10比特序列和最后两位的11比特序列。设计时规定前62位1和0交替是比特序列的目的，是使收、发双方进入稳定的比特同步状态。接收端在收到后两比特1时，标志在它之后应是目的地址段。
  (3) 目的地址DA：指明该帧的接收者，标准允许2字节和6字节两种长度的地址形式，但10M基带以太网只使用6字节地址。目的地址的较高位标识地址的性质，“0”代表这是一个普通地址，“1”代表这是一个群地址，用于实现多播通信(Multicast)。目的地址取值为全“1”则代表这是一个广播帧。
  (4) 源地址SA：帧的发送节点地址，其长度必须与目的地址相同。
  (5) 长度：由两个8位的字节组成，用来指示LLC数据字段的长度。
  (6)  LLC数据：用于传送介质访问控制MAC子层的高层逻辑链路控制子层LLC的数据。IEEE 802.3协议规定LLC数据的长度在46～1500字节之间。如果LLC数据的长度少于46字节，则需要加填充字节，补充到46字节。
  (7) 帧校验FCS：采用32位的CRC校验。校验的范围是目的地址、源地址、长度、LLC 数据等。
  CSMA/CD方式的主要特点是：原理比较简单，技术较易实现，网络中各工作站处于同等地位，不要集中控制，但这种方式不能提供优先级控制，各节点竞争总线，不能满足远程控制所需要的确定延时和绝对可靠性的要求。此方式效率高，但当负载增大时，发送信息的等待时间较长。

  3) 以太网物理层介质
  对于具体可选用的物理层的实现方案，IEEE 802.3制定了以下一个简明的表示法：
  <以Mb/s为单位的传输速率> <信号调制方式><以百米为单位的网段的最大长度>
  例如10 Base-2，10代表传输速率是10 Mb/s，Base代表采用基带信号方式，2代表一个网段的长度是200米。
  4) 百兆以太网
  百兆以太网指100 Base-T或快速Ethernet, IEEE 802.3委员会于1995制订了快速Ethernet标准IEEE 802.3 μ，该新标准作为对IEEE 802.3的补充和扩充，保持了和原有标准的兼容性。
  快速Ethernet在MAC子层仍然使用CSMA/CD协议，帧结构和帧的最小长度也保持不变，但帧的发送间隔从9.6 μs减少到0. 96 μs，以支持在共享介质上100 Mb/s基带信号的传输速率。
  快速Ethernet标准也定义了多种物理介质的选项规范，它们都要求在两个节点之间使用两条物理链路：一条用于信号发送，另一条用于信号接收。其中，100 Base-TX要求使用一对屏蔽双绞线(STP)或五类无屏蔽双绞线(UTP)，100 Base-FX使用一对光纤，100 Base-T4使用4对三类或五类UTP，它主要是为目前存在的大量话音级的UTP设计的。
  快速Ethernet与传统Ethernet保持了很好的兼容性，用户只需要更换一块100M网卡和相关的互连设备，就可以将网络升级到100 Mb/s，网络的拓扑结构和上层应用软件均可以保持不变，目前大多数100M网卡均支持自动协商机制，可以自动识别10 M或100 M的网络，确定自己的实际工作速率。

  5) 千兆Ethernet
  千兆Ethernet标准在IEEE 802.3委员会制定的IEEE 802.3z中定义，它与Ethernet和快速Ethernet 工作原理相同，在定义新的介质和传输规范时，千兆Ethernet保留了CSMA/CD协议和MAC帧格式，帧间隔则提升到0. 096 μs。
  目前千兆Ethernet标准包含的主要物理层介质选项如下：
  (1) 1000 Base-LX: 使用62.5 μm或50 μm多模光纤，最长网段距离为550 m，采用1 μm单模光纤，最长网段距离为5 km。工作波长范围为1270～1355 nm。
  (2) 1000 Base-SX: 使用62.5 μm多模光纤，最长网段距离为275 m，采用50 μm多模光纤，最长网段距离为550 m。工作波长范围为770～860 nm。
  (3) 1000 Base-T：使用4对五类UTP，最长网段距离为100 m。上述选项中除1000 Base-T使用4D-PAM5编码方案外，其他都使用8B/10B方案。目前来看，千兆Ethernet技术主要应用于两个方面：
  (1) 在局域网方面：主要用于组建网络骨干，在局域网交换机到交换机的互连中使用千兆Ethernet接口，例如，长距离使用光纤，短距离则使用铜线，以解决由于100兆Ethernet普及后，对骨干网带宽的压力。在局域网中的另外一个应用是交换机至信息服务器的连接，以解决信息访问瓶颈。
  (2) 在广域网和城域网中：由于千兆Ethernet与ATM技术相比，不但技术简单，而且成本低，提供宽带的能力也强于ATM，由于与现有的企业、机构局域网互通简单，因而它目前也被广泛用于组建基于IP的城域网和IP广域骨干网。

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