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以太网教程

本教程的以太网基础知识部分涵盖以下子主题:
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我们都知道局域网或LAN是用来在小范围内连接多个工作站的。这些局域网通常有大约10到100个用户，但不会超过1000个。广泛用于连接同一建筑物内的多个办公部门或连接不同楼层。以太网是局域网中使用的物理层。由于以太网速度快、成本低、易于安装，超过85%的局域网使用以太网标准。在施乐公司工作的工程师罗伯特·梅特卡夫于1973年首次发明了以太网网络，并用于在工作站和打印机之间互连和发送数据。当工作站同时发送两帧时，系统检测到碰撞。这些碰撞后来被称为CSMA/CD的概念所避免，如下所述。这以太网教程涵盖标准，以太网帧格式(DIX, IEEE802.3)， CSMA/CD协议，以太网拓扑，以太网测试协议等。

以太网标准

后来，XEROX与DEC和Intel合作，形成了IEEE 802.3标准的基础。以太网标准的数据速度已经从10mbps发展到100mbps和1000Mbps。10Mbps被称为传统以太网，在802.3中指定。100Mbps即快速以太网，在802.3u中指定。后来在802.3z和802.3ab中根据传输介质指定1000Mbps即千兆以太网来承载数据。下表描述以太网标准．

拓扑结构

拓扑是网络的形状，即节点和连接线的配置。局域网使用四种基本拓扑结构。他们是公共汽车，戒指，星星和树。以太网使用这些拓扑来提供节点之间的连通性。节点之间的连接介质可以是大同轴电缆或小同轴电缆，也可以是双绞线或光纤或无线介质。基于这些不同的以太网版本存在。

CSMA / CD协议

该协议有效地利用了发送和接收节点之间的总线。CSMA / CD代表带有冲突检测的载波侦听多路访问。例如，一个节点a想要将数据传输到通过以太网介质连接的节点b。a节点上运行的软件将数据发送给NIC，生成数据包。报文存储在网卡的RAM中，节点a监控总线。如果以太网网络中没有运营商，则通过介质传输报文。数据被广播到以太网总线上连接的所有pc上。所有接收节点比较目的以太网地址，与之匹配的节点将接受来自介质的数据包，其余节点将丢弃该数据包。

当任何一个节点在总线上传输信息时，所有的pc都会检测到所谓的载波。载波就是在总线上以以太网标准指定的速率传输的数据。

如果在两个或多个节点试图同时传输时检测到冲突，则节点将等待一段随机时间，然后再次传输。这个协议被称为CSMA/CD。

以太网帧

以太网有两个主要层，分别为OSI堆栈物理层和数据链路层。这些层参与形成以太网帧，以太网帧用于打包节点间传输的数据。这些以太网帧由发送设备和接收设备上的网卡(网络接口卡)处理。有两种帧格式DIX和802.3。这些帧域之间有轻微的差异，如下图所示。因此，使用DIX的设备和使用IEEE802.3的设备需要适应彼此的帧格式，以便在局域网上进行通信。

如迪克斯帧由序文、目的地址、源地址、类型、数据有效载荷和FCS字段组成。源地址和目的地址分别表示网卡的起始地址和终止地址。每个以太网地址有6个字节。前导是用于接收以太网卡的同步目的。FCS用于错误检测，大小为4字节。数据有效载荷部分携带信息，大小约为46到1500字节。类型字段表示用于帧传输的更高层协议，例如TCP/IP或UDP/IP。

如图2所示，IEEE 802.3以太网帧由序言、起始帧分隔符(SFD)、目的地址和源地址、长度、数据和FCS字段组成。SFD定义帧的开始，通常包含10101011位序列。长度字段表示帧的数据字段部分的字节数。如果数据字段小于46字节，则附加值为0的填充字节。这两种帧类型的区别在于，DIX包含type字段，802.3包含length字段，在以太网帧的相同位置。

编码

在以太网中，数字数据直接通过电缆传输，不进行调制。在曼彻斯特编码数据映射为非归零格式，将有正负电压在单个位。这里比特“1”表示为正脉冲后面跟着负脉冲。位'0'表示为负脉冲后面跟着正脉冲。由于这些信号是交流的，导致以太网电缆上的电压为零。中心的正到负和负到正的转换有助于从信息数据本身获得时钟信号。因此同步过程甚至不需要传输时钟信号。大多数以太网使用DC版本的曼彻斯特编码。

以太网

图3为简单以太网使用以太网硬件设备交换机、集线器、路由器和网关连接各种工作站和服务器。

以太网协议

下面的协议对于以太网测试非常有用。ARP和RARP已经被所有的以太网设备纳入到互联网协议族的框架中。

ARP:该ARP(地址解析协议)将IP地址(逻辑地址)转换为物理地址(以太网地址)。
RARP:这个RARP(反向地址解析协议)将以太网地址转换为IP地址。
Ping:用于测试源节点到目的节点之间的路径。该协议将一些数据包从源节点发送到目的节点并返回。如果所有字节都接收到，没有任何丢包，那么两个节点之间的路径没有任何问题/问题。如果这个连续性测试通过，用户就可以通过以太网发送信息。

以太网测试产品和服务

有些公司提供以太网测试解决方案和服务。其中著名的有IXIACOM、EXFO、安捷伦、思博伦、泰克等。他们提供10Mbps (10BaseT)， 100Mbps (100BaseTX)和1Gbps (1000BaseT)和其他基于以太网标准的解决方案的测试解决方案。

以太网测试解决方案由公司制造，以满足基于各种传输介质的产品测试，包括铜，双绞线和光纤。

主要测试参数是吞吐量(以太网工作的最大带宽)、往返延迟、丢失帧和RFC2544中定义的背靠背帧。理想情况下应该是零帧丢失。背靠背帧测试确定以太网的最大缓冲容量。

网络是指计算机或互联网设备连接在一起形成数据通信网络的网络。该网络用于使用TCP/IP或UDP/IP数据包将数据从一个设备传输到另一个设备。

TCP是传输控制协议，主要用于面向连接的网络。UDP是用户数据报协议，主要用于无连接网络。

框架结构的无线标准、技术

下面介绍各种无线标准/技术的框架结构。包括WiMAX、WLAN、Zigbee、GSM、GPRS、UMTS、LTE、TD-SCDMA、GPS、SDH、11ac WLAN、AMPS、以太网、VLAN等。

WiMAX物理层框架结构符合802.16d和802.16e标准
WiMAX MAC层帧结构符合OFDM 802.16d标准
Zigbee RF4CE框架结构
Zigbee物理层
Zigbee MAC层框架结构
GPRS框架结构
GPS框架结构
LTE框架结构
TD-SCDMA框架结构
UMTS框架结构
SONET框架结构
SDH框架结构
802.11ac PHY帧结构
802.11ac MAC层
WLAN框架结构符合802.11a,11b,11n,11ac标准
AMPS框架结构
以太网帧结构
VLAN帧结构
GSM框架结构

40,100,10千兆以太网物理层

参考以下链接浏览有关10、40和100千兆以太网物理层(PHYs)的文章。
40千兆以太网物理层
100千兆以太网物理层
10千兆以太网物理层

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