摘要:通信專業傳輸與接入考試培訓Ethernet幀結構:MAC地址也叫物理地址、硬件地址或鏈路地址,由網絡設備制造商生產時寫在硬件內部。這個地址與網絡無關,也即無論將帶有這個地址的硬件(如網卡、集線器、路由器等)接入到網絡的何處,它都有相同的MAC地址,MAC地址一般不可改變,不能由用戶自己設定。
1.Ethernet幀結構
1) MAC地址
MAC地址也叫物理地址、硬件地址或鏈路地址,由網絡設備制造商生產時寫在硬件內部。這個地址與網絡無關,也即無論將帶有這個地址的硬件(如網卡、集線器、路由器等)接入到網絡的何處,它都有相同的MAC地址,MAC地址一般不可改變,不能由用戶自己設定。
MAC地址的長度為48位(6個字節),通常表示為12個十六進制數,每兩個十六進制數之間用冒號隔開,如AA:BB:CC:DD:EE:FF就是一個MAC地址,其中前6位十六進制數08:00:20代表網絡硬件制造商的編號,它由IEEE分配,而后3位十六進制數0A:8C:6D代表該制造商所制造的某個網絡產品(如網卡)的系列號。每個網絡制造商必須確保它所制造的每個以太網設備都具有相同的前三字節以及不同的后三個字節。這樣就可保證世界上每個以太網設備都具有惟一的MAC地址。

2) 介質訪問控制MAC子層的幀格式
它包括以下字段:
(1) 前導碼:由7個8位字節組成,用于確保接收端的接收比特同步。前導碼的56位比特序列是101010…10。
(2) 幀前定界符SFD:由一個8位的字節組成,其比特序列為10101011。前導碼與幀前定界符構成62位101010…10比特序列和最后兩位的11比特序列。設計時規定前62位1和0交替是比特序列的目的,是使收、發雙方進入穩定的比特同步狀態。接收端在收到后兩比特1時,標志在它之后應是目的地址段。
(3) 目的地址DA:指明該幀的接收者,標準允許2字節和6字節兩種長度的地址形式,但10M基帶以太網只使用6字節地址。目的地址的較高位標識地址的性質,“0”代表這是一個普通地址,“1”代表這是一個群地址,用于實現多播通信(Multicast)。目的地址取值為全“1”則代表這是一個廣播幀。
(4) 源地址SA:幀的發送節點地址,其長度必須與目的地址相同。
(5) 長度:由兩個8位的字節組成,用來指示LLC數據字段的長度。
(6) LLC數據:用于傳送介質訪問控制MAC子層的高層邏輯鏈路控制子層LLC的數據。IEEE 802.3協議規定LLC數據的長度在46~1500字節之間。如果LLC數據的長度少于46字節,則需要加填充字節,補充到46字節。
(7) 幀校驗FCS:采用32位的CRC校驗。校驗的范圍是目的地址、源地址、長度、LLC 數據等。
CSMA/CD方式的主要特點是:原理比較簡單,技術較易實現,網絡中各工作站處于同等地位,不要集中控制,但這種方式不能提供優先級控制,各節點競爭總線,不能滿足遠程控制所需要的確定延時和絕對可靠性的要求。此方式效率高,但當負載增大時,發送信息的等待時間較長。

3) 以太網物理層介質
對于具體可選用的物理層的實現方案,IEEE 802.3制定了以下一個簡明的表示法:
<以Mb/s為單位的傳輸速率> <信號調制方式><以百米為單位的網段的最大長度>
例如10 Base-2,10代表傳輸速率是10 Mb/s,Base代表采用基帶信號方式,2代表一個網段的長度是200米。
4) 百兆以太網
百兆以太網指100 Base-T或快速Ethernet, IEEE 802.3委員會于1995制訂了快速Ethernet標準IEEE 802.3 μ,該新標準作為對IEEE 802.3的補充和擴充,保持了和原有標準的兼容性。
快速Ethernet在MAC子層仍然使用CSMA/CD協議,幀結構和幀的最小長度也保持不變,但幀的發送間隔從9.6 μs減少到0. 96 μs,以支持在共享介質上100 Mb/s基帶信號的傳輸速率。
快速Ethernet標準也定義了多種物理介質的選項規范,它們都要求在兩個節點之間使用兩條物理鏈路:一條用于信號發送,另一條用于信號接收。其中,100 Base-TX要求使用一對屏蔽雙絞線(STP)或五類無屏蔽雙絞線(UTP),100 Base-FX使用一對光纖,100 Base-T4使用4對三類或五類UTP,它主要是為目前存在的大量話音級的UTP設計的。
快速Ethernet與傳統Ethernet保持了很好的兼容性,用戶只需要更換一塊100M網卡和相關的互連設備,就可以將網絡升級到100 Mb/s,網絡的拓撲結構和上層應用軟件均可以保持不變,目前大多數100M網卡均支持自動協商機制,可以自動識別10 M或100 M的網絡,確定自己的實際工作速率。
5) 千兆Ethernet
千兆Ethernet標準在IEEE 802.3委員會制定的IEEE 802.3z中定義,它與Ethernet和快速Ethernet 工作原理相同,在定義新的介質和傳輸規范時,千兆Ethernet保留了CSMA/CD協議和MAC幀格式,幀間隔則提升到0. 096 μs。
目前千兆Ethernet標準包含的主要物理層介質選項如下:
(1) 1000 Base-LX: 使用62.5 μm或50 μm多模光纖,最長網段距離為550 m,采用1 μm單模光纖,最長網段距離為5 km。工作波長范圍為1270~1355 nm。
(2) 1000 Base-SX: 使用62.5 μm多模光纖,最長網段距離為275 m,采用50 μm多模光纖,最長網段距離為550 m。工作波長范圍為770~860 nm。
(3) 1000 Base-T:使用4對五類UTP,最長網段距離為100 m。上述選項中除1000 Base-T使用4D-PAM5編碼方案外,其他都使用8B/10B方案。目前來看,千兆Ethernet技術主要應用于兩個方面:
(1) 在局域網方面:主要用于組建網絡骨干,在局域網交換機到交換機的互連中使用千兆Ethernet接口,例如,長距離使用光纖,短距離則使用銅線,以解決由于100兆Ethernet普及后,對骨干網帶寬的壓力。在局域網中的另外一個應用是交換機至信息服務器的連接,以解決信息訪問瓶頸。
(2) 在廣域網和城域網中:由于千兆Ethernet與ATM技術相比,不但技術簡單,而且成本低,提供寬帶的能力也強于ATM,由于與現有的企業、機構局域網互通簡單,因而它目前也被廣泛用于組建基于IP的城域網和IP廣域骨干網。
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