2019年软考网络工程师知识点八：局域网技术

以太网CSMA/CD

以太网的核心技术是带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法。

CSMA/CD的发送流程可以简单的概括为4点：

1．载波侦听过程

根据监听到介质状态后采取的回避策略可将CSMA分为下面几种：

非坚持型CSMA

① 信道空闲，立即发送。

当监听到信道忙的时候，不再坚持监听，而是随机延后一段时间再来监听

缺点：很可能在再次监听之前信道已空闲了，与其它站的冲突概率最低，但产生严重信道浪费。

坚持型CSMA（1-坚持CSMA）

① 信道空闲，立即发送。

② 当监听到信道忙状态时，就坚持监听，直到信道空闲，立即发送一帧。

③ 假如有冲突发生，则等待一段随机长的时间后再监听信道。

缺点：当某站要送数据时，先监听信道，若信道忙，若两个或两个站同时监听到信道空闲，立即发送，必定冲突，即冲突概率为1，故称之为1-坚持型。

2．冲突检测

CSMA/CD总线网络中最短帧长的计算关系式：

3．发现冲突、停止发送

4．随机延迟重发

以太网采用截断二进制指数退避算法来解决碰撞问题。这种算法让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是等待信道变为空闲后就立即再发送数据，而是推迟一个随机的时间。这样做是为了使的重传时再次发生冲突的概率减少，当重传此数达16次仍不能成功时，则表明同时打算发送数据的站太多，以至连续发生冲突，则丢弃该帧，并向高层报告。整个过程请参考视频。

以太网MAC地址

以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备，这个地址又叫做物理地址或者MAC地址。

MAC采用十六进制数表示，共六个字节（48位）。IEEE规定MAC地址第一个字段的最低位为I/G位。I/G位标志这个地址是单播地址还是组播地址。而广播地址就是FFFF.FFFF.FFFF。

注意：以太网卡有过滤功能，网卡只把发送给自己的帧接收，解封装后交给上层处理，而不是发给自己的帧会丢弃。不过，有些网卡可以设置为混杂模式，也就是可以接收任意帧，而不考虑这帧是不是发给自己的。这类网卡经常用于一些网络协议分析工具中

以太网帧结构

以太网帧的格式如图所示，包含的字段有前同步码、帧开始界定符、目的地址、源地址、数据类型、数据及帧校验序列）等。目的地址和源地址都是MAC地址，表示发出数据帧的源设备和要到达的设备。类型表示上层交给IP还是IPX，最后是一个帧校验序列，用来检查数据帧在传输过程中是不是出现了查错，发现查错后，直接丢弃该帧，可以由高层协议发起重传。

以太帧的帧长度为64-1518字节。以太网定义的V2帧结构和IEEE 802.3定义的帧结构是不同的，主要在于IEEE 802.3类型字段修改为长度字段。

以太网传输介质

双绞线：为了保证最佳的兼容性，普遍采用EIA／TIA 568B标准来制作网线。

568B：白橙 | 橙 | 白绿 | 蓝 | 白蓝 | 绿 | 白棕 | 棕

其中其实真正通信的只有四芯，1-2-3-6。

直线（直通线）：两端同时采用一个标准。用于不同类设备之间（就是DTE-DCE）互连。

DTE 类设备：PC、路由器、交换机uplink口、HUB级联口

DCE 类设备：交换机普通口、HUB普通口。（DTE和DCE的区别是DCE主动与DTE协调时钟频率，DTE会根据协调的时钟频率工作）

反线（交叉线）：一端采用568A，一端采用568B，用于同类设备之间互连（PC-PC，交换机-交换机）

光纤：

多模光纤：很多不同角度的入射的光线在一条光纤中传输。适合用于近距离传输，一般约束在550M。

单模光纤：如光纤的直径减小到只有一个光的波长，使光纤一直向前传播，而不会产生多次反射，这样的光纤就成为单模光纤。单模光纤传输距离数十公里而不必要采用中继器。

高速以太网

百兆以太网、千兆以太网的传输介质标准需要记忆。

100M以太网的新标准还规定了以下三种不同的物理层标准。

100BASE-TX支持2对5类UTP或2对1类STP。1对5类非屏蔽双绞线或1对1类屏蔽双绞线就可以发送，而另1对双绞线可以用于接收，因此100BASE-TX是一个全双工系统，每个节点都可以同时以100Mbps的速率发送与接收。

100BASE-T4支持4对3类UTP，其中有3对用于数据传输，1对用于冲突检测。100BASE-T4是快速以太网的早期实现。 它需要四对铜质双绞线，但这些双绞线只需要是3类而不是TX所要求的5类。

100BASE-FX支持2芯的多模或单模光纤。100BASE-FX主要是用做高速主干网，从节点到集线器（HUB）的距离可以达到2km，是一种全双工系统。

100BASE-T2：随着数字信号处理技术和集成电路技术的发展，只用2对3类UTP线就可以传送100Mbps的数据，因而针对100Base-T4不能实现全双工的缺点，IEEE开始制定100Base-T2标准。

1000 Base-T标准使用的是5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到100m。

1000Base-X是基于光纤通道的物理层，使用的媒体有三种：

1000 Base-CX标准使用的是屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到25m；

1000 Base-LX标准使用的是波长为1300nm的单模光纤，光纤长度可以达到3 000m；

1000 Base-SX标准使用的是波长为850nm的多模光纤，光纤长度可以达到300～550m。

其中前三项标准是IEEE 802.3z，而1000 Base-T的标准是IEEE 802.3ab。

万兆以太网只工作在全双工方式。

冲突域和广播域

连接同一冲突域的设备有Hub，Reperter或者其他进行简单复制信号的设备。

像Hub，交换机等这些第一，第二层设备连接的节点被认为都是在同一个广播域。

交换机交换模式

以太网交换机是利用“端口／MAC地址映射表”进行数据交换的，交换机的“地址学习”是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口号进行的。

根据交换机的帧转发方式，交换机可以分为3类：直接交换方式、存储转发交换方式、无碎片转发方式。他们之间的区别注意结合讲义视频理解。

堆叠和级联

交换机之间的连接不外乎两种方式，一是堆叠，一是级联。他们之间的区别注意结合讲义理解。

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