很多人將局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）和以太網(wǎng)（Ethernet）混為一談，這個(gè)誤解大概是因?yàn)楹推渌钟蚓W(wǎng)技術(shù)比較起來，以太網(wǎng)技術(shù)使用得是如此普遍、發(fā)展得是如此地迅速，以至于人們將"以太網(wǎng)"當(dāng)作了"局域網(wǎng)"的代名詞。
本節(jié)將討論"局域網(wǎng)"和"以太網(wǎng)"二者之間的關(guān)系以及相關(guān)的一些基礎(chǔ)知識(shí)。
1 以太網(wǎng)概述 1973年，施樂公司（Xerox）開發(fā)出了一個(gè)設(shè)備互連技術(shù)并將這項(xiàng)技術(shù)命名為"以太網(wǎng)（Ethernet）"。Ethernet采用了總線競(jìng)爭(zhēng)式的介質(zhì)訪問方法（起源于夏威夷大學(xué)在60年代研制的ALOHA
網(wǎng)絡(luò)），它的問世是局城網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。
1979年，Xerox與DEC、Intel共同起草了一份10 Mbps以太網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，稱為DIX（Digital、Intel、Xerox）規(guī)范-DIX 1.0。
1980年2月（美國(guó)）電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）成立了專門負(fù)責(zé)制定局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802委員會(huì)。該委員會(huì)開始研究一系列局域網(wǎng)（LAN）和城域網(wǎng)（MAN）標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。其中，IEEE 802.3對(duì)于基于總線型的局域網(wǎng)進(jìn)行了規(guī)定（實(shí)際上IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中參考、借鑒了很多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)技術(shù)）。
1982年，DIX修改并發(fā)布了自己的以太網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)：DIX 2.0。
1983年，Novell根據(jù)初步形成的IEEE 802.3規(guī)范發(fā)布了Novell專用的以太網(wǎng)幀格式，常被稱為802.3 原始幀格式（802.3 raw）。
1984-1985年，IEEE 802委員會(huì)公布了五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1～I(xiàn)EEE 802.5。其中，公布了兩種802.3幀格式，即802.3 SAP和802.3 SNAP。
后來，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO修訂并作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱為ISO 8802。
2 以太網(wǎng)技術(shù)概述 盡管局域網(wǎng)的各種標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)容上有不少區(qū)別，但是，其主要的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法是相近的。
2.1 Ethernet地址 為了標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)，需要給每臺(tái)主機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)絡(luò)接口卡）分配一個(gè)唯一的通信地址，即Ethernet地址或稱為
網(wǎng)卡的物理地址、MAC地址。
IEEE負(fù)責(zé)為網(wǎng)絡(luò)適配器制造廠商分配Ethernet地址塊，各廠商為自己生產(chǎn)的每塊網(wǎng)絡(luò)適配器分配一個(gè)唯一的Ethernet地址。因?yàn)樵诿繅K網(wǎng)絡(luò)適配器出廠時(shí)，其Ethernet地址就已被燒錄到網(wǎng)絡(luò)適配器中。所以，有時(shí)我們也將此地址稱為燒錄地址（Burned-In-Address，BIA）。
Ethernet地址長(zhǎng)度為48比特，共6個(gè)字節(jié)，如圖1所示。其中，前3字節(jié)為IEEE分配給廠商的廠商代碼，后3字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)適配器編號(hào)。
圖1 Ethernet地址 2.2 CSMA/CD 在ISO的OSI參考
模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能相對(duì)簡(jiǎn)單。它只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)。但在局域網(wǎng)中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，必須有某種機(jī)制來決定下一個(gè)時(shí)刻，哪個(gè)設(shè)備占用傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)。因此，局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制的功能。為此，一般將數(shù)據(jù)鏈路層又劃分成兩個(gè)子層：
●邏輯鏈路控制LLC（Logic Line Control）子層
●介質(zhì)訪問控制MAC（Media Access Control）子層
圖2 LLC和MAC子層 如圖2所示。其中，LLC子層負(fù)責(zé)向其上層提供服務(wù)；MAC子層的主要功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝/卸裝，幀的尋址和識(shí)別，幀的接收與發(fā)送，鏈路的管理，幀的差錯(cuò)控制等。MAC子層的存在屏蔽了不同物理鏈路種類的差異性。
在MAC子層的諸多功能中，非常重要的一項(xiàng)功能是仲裁介質(zhì)的使用權(quán)，即規(guī)定站點(diǎn)何時(shí)可以使用通信介質(zhì)。
實(shí)際上，局域網(wǎng)技術(shù)中是采用具有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）這種介質(zhì)訪問方法的。
在這種介質(zhì)訪問方法中規(guī)定：在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須首先偵聽網(wǎng)線上的載波，如果在9.6微秒的時(shí)間之內(nèi)沒有檢測(cè)到載波（說明通信介質(zhì)空閑），節(jié)點(diǎn)才可以發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。
如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)到介質(zhì)空閑并同時(shí)發(fā)送出一幀數(shù)據(jù)，則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀的沖突，雙方的數(shù)據(jù)幀均被破壞。一方面，檢測(cè)到?jīng)_突的節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送"沖突增強(qiáng)"信號(hào)（32比特的"1"）通知介質(zhì)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了沖突。另一方面，發(fā)生沖突的節(jié)點(diǎn)在再次發(fā)送自己的數(shù)據(jù)幀之前會(huì)各自等待一段隨機(jī)的時(shí)間。
隨著以太網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，沖突的數(shù)量也隨之增加，而整個(gè)網(wǎng)段的有效帶寬將隨之減少。
在后面的章節(jié)中，我們將學(xué)習(xí)如何利用網(wǎng)橋、交換機(jī)等設(shè)備將一個(gè)網(wǎng)段劃分成多個(gè)獨(dú)立的沖突域，進(jìn)而增加每個(gè)網(wǎng)段的可用帶寬。
3 以太網(wǎng)幀格式 目前，有四種不同格式的以太網(wǎng)幀在使用，它們分別是：
●Ethernet II即DIX 2.0：Xerox與DEC、Intel在1982年制定的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式。Cisco名稱為：ARPA。
●Ethernet 802.3 raw：Novell在1983年公布的專用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式。Cisco名稱為：Novell-Ether。
●Ethernet 802.3 SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SAP版本以太網(wǎng)幀格式。Cisco名稱為：SAP。
●Ethernet 802.3 SNAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SNAP版本以太網(wǎng)幀格式。Cisco名稱為：SNAP。
在每種格式的以太網(wǎng)幀的開始處都有64比特（8字節(jié)）的前導(dǎo)字符，如圖3所示。其中，前7個(gè)字節(jié)稱為前同步碼（Preamble），內(nèi)容是16進(jìn)制數(shù)0xAA，最后1字節(jié)為幀起始標(biāo)志符0xAB，它標(biāo)識(shí)著以太網(wǎng)幀的開始。前導(dǎo)字符的作用是使接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步并做好接收數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)備。
圖3 以太網(wǎng)幀前導(dǎo)字符 除此之外，不同格式的以太網(wǎng)幀的各字段定義都不相同，彼此也不兼容。
3.1 Ethernet II幀格式 如圖4所示，是Ethernet II類型以太網(wǎng)幀格式。
圖4 Ethernet II幀格式 Ethernet II類型以太網(wǎng)幀的最小長(zhǎng)度為64字節(jié)（6＋6＋2＋46＋4），最大長(zhǎng)度為1518字節(jié)（6＋6＋2＋1500＋4）。其中前12字節(jié)分別標(biāo)識(shí)出發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點(diǎn)MAC地址和接收數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)MAC地址。
接下來的2個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)出以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如16進(jìn)制數(shù)0x0800代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0x809B代表AppleTalk協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0x8138代表Novell類型協(xié)議數(shù)據(jù)等。
在不定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)字段后是4個(gè)字節(jié)的幀校驗(yàn)序列（Frame Check Sequence，F(xiàn)CS），采用32位CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)對(duì)從"目標(biāo)MAC地址"字段到"數(shù)據(jù)"字段的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。
3.2 Ethernet 802.3 raw幀格式 如圖5所示，是Ethernet 802.3 raw類型以太網(wǎng)幀格式。
圖5 Ethernet 802.3 raw幀格式 在Ethernet 802.3 raw類型以太網(wǎng)幀中，原來Ethernet II類型以太網(wǎng)幀中的類型字段被"總長(zhǎng)度"字段所取代，它指明其后數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度，其取值范圍為：46-1500。
接下來的2個(gè)字節(jié)是固定不變的16進(jìn)制數(shù)0xFFFF，它標(biāo)識(shí)此幀為Novell以太類型數(shù)據(jù)幀。
3.3 Ethernet 802.3 SAP幀格式 如圖6所示，是Ethernet 802. 3 SAP類型以太網(wǎng)幀格式。
圖6 Ethernet 802. 3 SAP幀格式
從圖中可以看出，在Ethernet 802.3 SAP幀中，將原Ethernet 802.3 raw幀中2個(gè)字節(jié)的0xFFFF變?yōu)楦?個(gè)字節(jié)的DSAP和SSAP，同時(shí)增加了1個(gè)字節(jié)的"控制"字段，構(gòu)成了802.2邏輯鏈路控制（LLC）的首部。LLC提供了無連接（LLC類型1）和面向連接（LLC類型2）的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。LLC1是應(yīng)用于以太網(wǎng)中，而LLC2應(yīng)用在IBM SNA網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。
新增的802.2 LLC首部包括兩個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)：源服務(wù)訪問點(diǎn)（SSAP）和目標(biāo)服務(wù)訪問點(diǎn)（DSAP）。它們用于標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如16進(jìn)制數(shù)0x06代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0xE0代表Novell類型協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0xF0代表IBM NetBIOS類型協(xié)議數(shù)據(jù)等。
至于1個(gè)字節(jié)的"控制"字段，則基本不使用（一般被設(shè)為0x03，指明采用無連接服務(wù)的802.2無編號(hào)數(shù)據(jù)格式）。
3.4 Ethernet 802.3 SNAP幀格式 如圖7所示，是Ethernet 802. 3 SNAP類型以太網(wǎng)幀格式。
圖7 Ethernet 802. 3 SNAP幀格式 Ethernet 802. 3 SNAP類型以太網(wǎng)幀格式和Ethernet 802. 3 SAP類型以太網(wǎng)幀格式的主要區(qū)別在于：
●2個(gè)字節(jié)的DSAP和SSAP字段內(nèi)容被固定下來，其值為16進(jìn)制數(shù)0xAA。
●1個(gè)字節(jié)的"控制"字段內(nèi)容被固定下來，其值為16進(jìn)制數(shù)0x03。
●增加了SNAP字段，由下面兩項(xiàng)組成：
◆新增了3個(gè)字節(jié)的組織唯一標(biāo)識(shí)符（Organizationally Unique Identifier，OUI ID）字段，其值通常等于MAC地址的前3字節(jié)，即網(wǎng)絡(luò)適配器廠商代碼。
◆2個(gè)字節(jié)的"類型"字段用來標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型。
4 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)系列 隨著時(shí)間的推移，除了最早的10Base2、10Base5、10BaseT，IEEE 802還推出了一系列其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。下面，我們簡(jiǎn)單介紹其中一些較為常用的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
4.1 100BaseT 1995年6月，傳輸速率為100Mbps的以太網(wǎng)由IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)所定義。即我們通常所說的快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）。
根據(jù)所用傳輸介質(zhì)不同，還定義了以下三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)：
●100Base-TX：使用2對(duì)UTP 5類線或STP，其中一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。
●100Base-F：使用2對(duì)光纖，其中一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。
●100Base-T4：使用4對(duì)UTP 3類線或5類線，它使用3對(duì)線同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，用1對(duì)線用作沖突檢測(cè)的接收信道。
以上三種不同的標(biāo)準(zhǔn)中，因?yàn)?00Base-TX 與10BaseT兼容，所以使用得更廣泛。
4.2 1000BaseT 1996年3月成立的IEEE 802.3z工作組，專門負(fù)責(zé)千兆位以太網(wǎng)的研究，98年制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
千兆以太網(wǎng)的物理層協(xié)議包括1000Base-SX，1000Base-LX，1000Base-CX和1000Base-T等標(biāo)準(zhǔn)。
●1000Base-SX：使用芯徑為50μm或62.5μm，工作波長(zhǎng)為850nm或1300nm的多模光纖，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為260m和525m，適用于同一建筑物中同一層的短距離主干網(wǎng)。
●1000Base-LX：使用芯徑為9μm、50μm或62.5μm，工作波長(zhǎng)為1300nm的多模、單模光纖，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為550m和3km～10km，主要用于校園主干網(wǎng)。
●1000Base-CX：使用150歐姆平衡屏蔽雙絞線（STP），采用8B/10B編碼方式，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，主要用于集群設(shè)備的連接，如一個(gè)交換機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備互連。
●1000Base-T：使用4對(duì)5類非平衡屏蔽雙絞線（UTP），傳輸距離為100m，主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑中的設(shè)備通信，從而可以利用以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)已鋪設(shè)的 UTP電纜。
4.3 萬兆以太網(wǎng) 2000年3月，IEEE專門成立了IEEE 802.3ae特別工作組，負(fù)責(zé)制定10G以太網(wǎng)，即萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
2002年7月，萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)最終發(fā)布。萬兆標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括10GBase-X、10GBase-R和10GBase-W三種類型。萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不僅將以太網(wǎng)的帶寬提高到10Gbps（在使用萬兆以太網(wǎng)信道的情況下可以達(dá)到40Gbps甚至更高的速率），同時(shí)也將通信距離提高到數(shù)十公里甚至上百公里。