第1章 以太網(wǎng)技術(shù)

1.1 引言

以太網(wǎng)（Ethernet）屬于局域網(wǎng)（LAN），局域網(wǎng)是指?jìng)鬏斁嚯x有限、傳輸速率較高、以網(wǎng)絡(luò)通信和共享網(wǎng)絡(luò)資源為主要目的的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。局域網(wǎng)屬于企業(yè)或個(gè)人投資建造的私用網(wǎng)絡(luò)，投資規(guī)模較小，網(wǎng)絡(luò)容易實(shí)現(xiàn)，新技術(shù)易于推廣應(yīng)用。因此，局域網(wǎng)技術(shù)取得了快速發(fā)展和長(zhǎng)足進(jìn)步，有力地推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用。

在局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，不同時(shí)期出現(xiàn)了各種不同的局域網(wǎng)技術(shù)，如Ethernet、Token Bus、Token Ring、FDDI、100VG-AnyLAN等，以太網(wǎng)因簡(jiǎn)單可靠、性?xún)r(jià)比高而受到用戶(hù)的廣泛認(rèn)可，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獨(dú)占鰲頭，其他的局域網(wǎng)技術(shù)則被逐步淘汰。

在推動(dòng)局域網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的諸多因素中，局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)很重要的因素，這主要得益于IEEE 802委員會(huì)制定的IEEE 802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE 802委員會(huì)于1980年初成立，專(zhuān)門(mén)從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作，目的是推動(dòng)局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，規(guī)范局域網(wǎng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。IEEE 802委員會(huì)分為三個(gè)分會(huì)：

（1）通信介質(zhì)（或稱(chēng)媒體）分會(huì)。該分會(huì)的研究領(lǐng)域?qū)?yīng)于ISO的OSI參考模型的物理層。該層主要涉及局域網(wǎng)通信的物理傳輸特性以及標(biāo)準(zhǔn)的物理介質(zhì)與鏈路接口的性質(zhì)。

（2）信號(hào)訪問(wèn)控制分會(huì)。該分會(huì)的研究領(lǐng)域?qū)?yīng)于ISO的OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層。該層主要涉及邏輯鏈路控制協(xié)議和介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，以及與物理層（在數(shù)據(jù)鏈路層下面）和網(wǎng)絡(luò)層（在數(shù)據(jù)鏈路層上面）的接口。

（3）高層接口分會(huì)。該分會(huì)負(fù)責(zé)檢查局域網(wǎng)對(duì)ISO的OSI參考模型高層（即從網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層）的影響。

IEEE 802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列，并不斷地增加新的標(biāo)準(zhǔn)，它們之間的關(guān)系如圖1-1所示。

現(xiàn)有的IEEE 802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如下。

● IEEE 802.1A：體系結(jié)構(gòu)。

● IEEE 802.1B：尋址、網(wǎng)間互連及網(wǎng)絡(luò)管理。

● IEEE 802.2：通用的邏輯鏈路控制規(guī)范。

● IEEE 802.3：CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.3i：10BASE-T介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.3u：100BASE-T介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.3ab：千兆位以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范（半雙工）。

● IEEE 802.3z：千兆位以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范（全雙工）。

● IEEE 802.3ae：萬(wàn)兆位以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.4：Token Bus介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.5：Token Ring介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.6：面向城域網(wǎng)（MAN）的分布式隊(duì)列雙總線（DQDB）訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.7：寬帶局域網(wǎng)的推薦實(shí)踐。

● IEEE 802.8：光纖局域網(wǎng)/城域網(wǎng)的推薦實(shí)踐。

● IEEE 802.9：綜合服務(wù)局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制和物理層接口。

● IEEE 802.10：可互操作局域網(wǎng)/城域網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)。

● IEEE 802.11：無(wú)線網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.12：需求優(yōu)先訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.14：線纜電視（Cable-TV）訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.15：無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)（WPAN）介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。

● IEEE 802.16：固定寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的空中接口規(guī)范。

IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩個(gè)層次，并將數(shù)據(jù)鏈路層分成邏輯鏈路控制（LLC）和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）兩個(gè)子層，見(jiàn)圖1-2。

1．物理層

物理層由四部分組成：

（1）物理介質(zhì)；

（2）物理介質(zhì)連接設(shè)備（PMA）或接口；

（3）連接單元接口（AUI）及電纜；

（4）物理收發(fā)信號(hào)（PLS）。

物理層提供編碼、解碼、時(shí)鐘提取、發(fā)送、接收和載波檢測(cè)等功能，并為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)。協(xié)議中規(guī)定了物理鏈路操作的電氣和機(jī)械特性參數(shù)。

2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層包含了兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制（Logical Link Control，LLC）子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（Medium Access Control，MAC）子層。

（1）LLC層：定義了LAN公共的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。服務(wù)類(lèi)型有兩種，包括面向連接的服務(wù)和無(wú)連接的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝和解封，為高層提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的邏輯接口等。

（2）MAC層：定義了特定的介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）方法。不同類(lèi)型的LAN所用的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是不同的。例如，Ethernet、Token Ring、FDDI等LAN分別采用不同的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。

LLC層為所有的局域網(wǎng)提供公共的服務(wù)，而每種局域網(wǎng)都定義了各自的MAC層和物理層，換句話(huà)說(shuō)，LLC層協(xié)議獨(dú)立于各種局域網(wǎng)的MAC層和物理層協(xié)議。下面首先介紹LLC層協(xié)議。