1 以太网与 IEEE 802.3 标准：
以太网是目前使用最为广泛的局域网，其传输速率自 20 世纪 80 年代初的 10 Mb/s 发展到 20 世纪 90 年代的 100 Mb/s，而目前 1 Gb/s 的以太网产品已很成熟。以太网从共享型发展到交换型以及全双工以太网技术，致使整个以太网系统的带宽呈十倍、百倍地增长，
并保持足够的系统覆盖范围。
1. 以太网概述：
1983 年，以太网技术（802.3）与令牌总线（802.4）和令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准。1995 年，IEEE 正式通过了 802.3u 快速以太网标准，以太网技术实现了第一次飞跃。1998 年 802.3z 千兆位以太网标准正式发布，2002 年 7 月 18 日 IEEE 通过了 802.3ae 的 10 Gb/s 以太网标准。分析以太网的发展历程和技术特点，可以发现以太网的发展主要得益于以下原因。
（1） 开放标准，获得了众多厂商的支持。
（2） 结构简单，管理方便，价格低。
（3） 持续的技术改进，满足了用户不断增长的需求。
（4） 网络可平滑升级，保护了用户投资。
2. 以太网的帧：
（1） 以太网帧的格式。
符合 802.3 标准的以太网的帧格式如图 4-3 所示。
① 前导码。其长度为 7 字节（56 位），由交替出现的 1 和 0 组成，即 1010101010…。前同步码可以使 LAN 上所有的其他节点达到同步。
② 帧起始定界符。1 字节的帧起始定界符，其格式为 10101011，标志着帧本身开始。
③ 目的 MAC 地址。长度为 6 字节，表示接收节点的 MAC 地址。目的地址的最高位为 0 时，表示普通地址；为 1 时，表示组地址。当把一帧送到组地址时，组内各节点均接收该帧。目的地址为全 1 的帧，将传至网上各个节点。
④ 源 MAC 地址。长度为 6 字节，表示发送节点的 MAC 地址。
⑤ 类型/长度。指明该帧数据域的字节数。
⑥ 数据。上层的 PDU（即 IP 报文），长度为 46～1 500 字节。
⑦ 帧校验序列 FCS。使用循环冗余码校验（CRC）值进行错误检测。在封装时，根据帧的其他域计算此值。当目的节点接收到该帧时再重新计算。如果重新计算结果与原来的值不匹配，则接收节点就要求重新发送该帧。当新值与初始值匹配时，不再重新传输。FCS 的检验范围不包括前同步码和帧起始定界符。
⑧ 帧填充。填充的作用是确保每一帧足够长。因此，如果数据长度小于 46 字节，则把它填充到 46 字节。从目的地址字段的开头到 FCS 字段的结束计算，总的最小帧长度为64 字节，最大帧长度为 1 518 字节。
（2） 帧的接收。
以太网使用收发器与传输介质进行连接。收发器一般被直接集成到终端站点的网卡当中。以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以收到网络上传递的数据帧。通过查看包含在帧中的目标地址，确定如何处理该帧：如果数据帧的目的 MAC 地址与自己的 MAC 地址相同，工作站将会接收数据帧并传递给高层协议进行处理，否则就丢弃该帧。
以下 3 种帧被认为是“发往本站点的帧”。
① 单播（Unicast）帧：即收到的帧地址为本站点的硬件地址。
② 广播（Broadcast）帧：发送给所有站点的帧（全 1 地址）。
③ 多播（Multicast）帧：发送给本部分站点的帧。.
（3） 无效的帧。
IEEE 802.3 标准规定，当出现下列情况之一时即为无效的 MAC 帧。
① 长度不是整数个字节的帧。
② 帧中所封装数据的实际长度与数据长度域的值不一致的帧。
③ 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错的帧。
④ 收到帧的数据字段长度不在 46～1 500 字节范围内的帧。
3. 以太网媒体访问控制方法：
访问控制方法是指何时、何设备访问介质的机制。以太网采用总线型拓扑结构，所有计算机都共享同一条总线，如图 4-4 所示。以太网某节点将数据帧以广播的方式通过共享介质发送到其他各个节点，其他节点则根据数据帧的目的地址决定是否接收或丢弃该帧。那么，这些计算机以怎样的方式来协调和使用共享总线，是以太网要解决的头等问题。
载波侦听是指工作站在发送数据之前，首先需要侦听网络是否空闲。即媒体上有无传输的数据帧，也就是载波是否存在。
多路访问是指多个站点可同时访问总线，一个站点发送的数据帧也可以被多个站点所接收。
所谓冲突，是指两个信号相互干扰。冲突检测是指当一个站点占用总线发送数据帧时，要边发送边检测总线是否有冲突发生。如果两个工作站同时试图进行传输，将会造成冲突，形成废帧，这种现象称为碰撞。
以太网是通过采用载波侦听、多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制，来解决公用总线、争用及冲突问题的，它确保了在同一时刻总线上只有一台计算机在发送信息。CSMA/CD被广泛地应用于局域网的 MAC 子层，是 IEEE 802.3 的核心协议，也是著名的以太网所采用的协议。
CSMA/CD 工作流程如图 4-5 所示
（1） 任一工作站在发送数据之前，首先需要侦听网络是否空闲。如果媒体信道空闲，则进行发送，之后转到第（3）步；否则转到第（2）步。
（2） 如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，向信道上
发送数据包，并将执行第（3）步。
（3） 站点在发送数据的同时要进行冲突检测，直至传输完成，结束发送。如果在发
送过程中检测到碰撞，则停止正常发送，转而发送一个短的干扰信号，使网上所有站都知
道出现了碰撞。
（4） 站点发送了干扰信号后，退避一段随机时间，重新尝试发送，转到第（1）步。
提示：冲突是不可能完全避免的。
为什么会产生冲突呢？因为电磁波在总线上是以有限的速率传播的，需要一定的传输时间。假设以太网中站点 A 向站点 B 发送的数据报未达 B 的时侯，B 的载波监听还检测不到 A 发送的信号，如果此时站点 B 向站点 A 发送数据，则站点 A 和站点 B 发送的信号必然会发生碰撞。
由于载波监听不能完全避免冲突，所以在以太网的收发器中设立了冲突检测机构。发送数据帧的节点一面将信息流送至总线上，一面经接收器从总线上将信息流接收下来。然 后将接收到的信息与发送的信息进行比较，如果两者相同，则继续发送；如果不一致，就表明发生了冲突，应停止发送信息，并发送干扰信号警告所有的其他站点已检测到冲突。然后采取某种退避算法等待一段时间后再重新监听线路，准备重新发送该信息。
4. 以太网的组网标准
对于 10 Mb/s 以太网，根据传输介质的不同、连接方式的不同，也就是物理层的不同，IEEE 802.3 有 4 种规范，如图 4-6 所示，即 10BASE—5（粗缆以太网）、10BASE—2（细缆以太网）、10BASE—T（双绞线以太网）和 10BASE—F（光纤以太网）。这里“BASE”表示基带信号，BASE 前面的数字 10，表示数据率为 10 Mb/s，BASE 后面的数字 5 或 2表示每一段电缆的长度为 500 m 或 200 m（实际上是 185 m）；“T”代表双绞线，“F”代表光纤。
目前使用最为广泛的传输介质是双绞线，下面仅就 10BASE—T 规范加以说明。
（1）10BASE—T 规范是一种利用双绞线来组网的以太网标准，采用了星型拓扑结构，如图 4-7 所示。
