1.4.1 以太网以及 IEEE 802.3

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让我们从最为流行的数据链路层架构：以太网技术说起。以太网技术是由 IEEE 制定的 802.3 规范所定义的。施乐公司发明了以太网，实际上是在70年代从夏威夷大学获取的相关技术（即 Aloha 网络）。接着施乐、DEC 以及 Intel 一起开发了最早的以太网标准，即版本1，并于1980年发布。紧接着，这三家公司在1982年推出了后续版本，而版本1基本已经被废除了。

在80年代中期的时候，IEEE 802 委员会采用以太网标准作为802.3的标准。所有当前以及后来开发的以太网技术都是基于这个基础标准的。从以太网诞生的那一刻起，它就在世界范围内成为最为流行的局域网标准。表1.1是三大以太网标准的对照表。


IEEE 802.3 规范作为一个标准迅速的被大多数以太网实现所采用。这个规范定义了以太网的基本操作，组成，以及距离限制等内容，并定义了慢速（10Mbps）、快速（100Mbps）和千兆（1000Mbps）以太网标准。

802.3 规范定义了数据链路层和物理层的所有组件、功能、信道访问模式、操作方法并向厂家给出了实现802.3以太网技术的规则。

IEEE 802.3 标准中定义的10Mbps的基于广播的线性网络架构，使用一种竞争信道，被称为CSMA/CD，即载波监听多路访问/冲突检测，我们将再下一节讨论。

信道访问方法
当今存在着多种信道访问方法（轮询、竞争以及令牌传送），不同的网络架构决定不同的访问方式。信道访问方法描述了很多规则，这些规则被用来告诉设备如何访问信道，传送数据，然后释放信道。

注意

轮询涉及单台设备对介质的访问控制。正在访问网络的设备作为主设备，而其他设备均为从设备。主设备将告诉从设备什么时候或者多久之后从设备可以访问介质。

基于竞争机制的网络对所有设备都是公平的。没有主从之分。当一台设备要发送数据是，它只需要简单的侦听一下网络，看看信道是否正在被使用。如果信道空闲，系统就开始传送；如果信道正忙，它将等待一会然后在试。以太网就是一个典型的基于CSMA/CD的网络。

令牌传送网络使用一个令牌来控制传输。当设备收到一个空闲（没使用的）令牌时，便开始传输。而如果令牌正在被使用，则系统必须等待直到收到一个空闲的令牌。令牌环网就使用令牌传送的信道访问方法。

竞争信道访问方法
所有以太网都使用基于竞争的信道访问方法，即CSMA/CD，稍后就将讨论。设备使用CSMA/CD信道访问方法：
• 获取发送数据的权利。
• 同一时刻只有一台设备能成功发送数据。
• 当其他设备在使用信道时，必须等到信道可用才能发送数据（半双工模式下）。
当多台设备在相同的信道同时发送数据时，信号冲突就发生了，数据帧将被破坏。这种竞争介质访问方法被称为“载波监听多路访问/冲突检测”，是因为以太网使用无声作为发送数据的条件，设备使用载波来检查线路是否安静。如果在线路上没有频率，设备将马上开始发送数据。在发送完成后，设备将释放信道并再开始下一次发送之前等待至少9.6微秒（百万方之一秒），因此，其他设备才有了获取信道发送数据的机会。

冲突
冲突就是多个信号的冲突。在基带网络中，在任意时刻都不运行超过一个信号抢占信道。超过一个信号同时发送到线路上的结果就是冲突，这妨碍了传输的成功。在传输数据的时候，信号发送设备将信号编码并发送到介质上，然后侦听是否产生冲突。如果一个冲突发生了，发送者的内部冲突检测电路将发送一个信号给网卡，通知网卡停止发送。发送设备通过这种机制检测冲突的发送以及重传数据帧。

以太网帧
在以太网标准中定义了四种不同类型的以太网帧，用于适应不同的网络。这四种类型的帧如下：
• Ethernet_II (DIX)
• Ethernet_802.3 (Novell 所有)
• IEEE 802.3
• IEEE 802.3 SNAP (子网访问协议)

DEC，Intel 以及施乐公司开发了最初的以太网帧，即：Ethernet_II，也被成为 DIX。Novell 公司开发并命名后两种帧。表1.2显示了四种以太网帧分别在IEEE以及工业上的名字；表1.3则包含了每种具体帧格式的相关信息。



所有四种类型的帧能够在同一个网络中同时存在，但是无法兼容。当使用不同封装类型的工作站需要交换信息的时候，他们必须通过一台支持所有类型帧的路由器来实现。路由器扮演着在主机之间转换帧类型的工作。转换增加了不必要的开销和延时，所以最好能为你的网络只选择一种类型的帧。图1.9是四种帧类型简明对比图。

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Ethernet_II类型的帧在源地址后包含了2字节的以太类型值，用于标识帧内承载的协议。

Ethernet_802.3 是由Novell公司开发的私有帧类型，仅能支持IPX/SPX协议栈。

IEEE 802.3，即工业上所说的 Ethernet_802.2 和 Ethernet_SNAP，均包含了一个 带有 DSAP（目的SAP） 和 SSAP（源SAP） 信息的 802.2 头部（即之前提到的LLC，逻辑链路控制）。这些 1 字节 的 SAP 地址等同于 Ethernet_II 中的协议类型，主要用来标识使用的协议。

Ethernet_SNAP 在 802.2 头部中增加了一个 5 字节的扩展头部（SNAP）。这个头部包含一个 2 字节的以太类型用于表示承载的协议，并在之后还有一个 3 字节的厂商代码。