第1章 以太網技術

1.1 引言

以太網（Ethernet）屬于局域網（LAN），局域網是指傳輸距離有限、傳輸速率較高、以網絡通信和共享網絡資源為主要目的的網絡系統。局域網屬于企業或個人投資建造的私用網絡，投資規模較小，網絡容易實現，新技術易于推廣應用。因此，局域網技術取得了快速發展和長足進步，有力地推動了網絡的廣泛應用。

在局域網技術發展過程中，不同時期出現了各種不同的局域網技術，如Ethernet、Token Bus、Token Ring、FDDI、100VG-AnyLAN等，以太網因簡單可靠、性價比高而受到用戶的廣泛認可，在市場競爭中獨占鰲頭，其他的局域網技術則被逐步淘汰。

在推動局域網技術快速發展的諸多因素中，局域網的標準化是一個很重要的因素，這主要得益于IEEE 802委員會制定的IEEE 802局域網標準。

IEEE 802委員會于1980年初成立，專門從事局域網標準化方面的工作，目的是推動局域網技術的應用，規范局域網產品的開發。IEEE 802委員會分為三個分會：

（1）通信介質（或稱媒體）分會。該分會的研究領域對應于ISO的OSI參考模型的物理層。該層主要涉及局域網通信的物理傳輸特性以及標準的物理介質與鏈路接口的性質。

（2）信號訪問控制分會。該分會的研究領域對應于ISO的OSI參考模型的數據鏈路層。該層主要涉及邏輯鏈路控制協議和介質訪問控制協議，以及與物理層（在數據鏈路層下面）和網絡層（在數據鏈路層上面）的接口。

（3）高層接口分會。該分會負責檢查局域網對ISO的OSI參考模型高層（即從網絡層到應用層）的影響。

IEEE 802局域網標準是一個標準系列，并不斷地增加新的標準，它們之間的關系如圖1-1所示。

現有的IEEE 802局域網標準如下。

● IEEE 802.1A：體系結構。

● IEEE 802.1B：尋址、網間互連及網絡管理。

● IEEE 802.2：通用的邏輯鏈路控制規范。

● IEEE 802.3：CSMA/CD介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.3i：10BASE-T介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.3u：100BASE-T介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.3ab：千兆位以太網介質訪問控制方法和物理層技術規范（半雙工）。

● IEEE 802.3z：千兆位以太網介質訪問控制方法和物理層技術規范（全雙工）。

● IEEE 802.3ae：萬兆位以太網介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.4：Token Bus介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.5：Token Ring介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.6：面向城域網（MAN）的分布式隊列雙總線（DQDB）訪問方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.7：寬帶局域網的推薦實踐。

● IEEE 802.8：光纖局域網/城域網的推薦實踐。

● IEEE 802.9：綜合服務局域網介質訪問控制和物理層接口。

● IEEE 802.10：可互操作局域網/城域網安全標準。

● IEEE 802.11：無線網介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.12：需求優先訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.14：線纜電視（Cable-TV）訪問方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.15：無線個人域網（WPAN）介質訪問控制方法和物理層技術規范。

● IEEE 802.16：固定寬帶無線接入系統的空中接口規范。

IEEE 802標準主要規定了物理層和數據鏈路層兩個層次，并將數據鏈路層分成邏輯鏈路控制（LLC）和介質訪問控制（MAC）兩個子層，見圖1-2。

1．物理層

物理層由四部分組成：

（1）物理介質；

（2）物理介質連接設備（PMA）或接口；

（3）連接單元接口（AUI）及電纜；

（4）物理收發信號（PLS）。

物理層提供編碼、解碼、時鐘提取、發送、接收和載波檢測等功能，并為數據鏈路層提供服務。協議中規定了物理鏈路操作的電氣和機械特性參數。

2．數據鏈路層

數據鏈路層包含了兩個子層：邏輯鏈路控制（Logical Link Control，LLC）子層和介質訪問控制（Medium Access Control，MAC）子層。

（1）LLC層：定義了LAN公共的網絡服務。服務類型有兩種，包括面向連接的服務和無連接的服務。網絡服務功能包括數據幀的封裝和解封，為高層提供網絡服務的邏輯接口等。

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

LLC層為所有的局域網提供公共的服務，而每種局域網都定義了各自的MAC層和物理層，換句話說，LLC層協議獨立于各種局域網的MAC層和物理層協議。下面首先介紹LLC層協議。