以太网(Ethernet)的帧结构

ethernet的拓扑结构
以太网是一种常见的局域网技术，它可以采用不同的拓扑结构来连接设备。

常见的以太网拓扑结构包括总线型、星型和环型。

首先，总线型拓扑结构是指所有设备都连接到同一根传输介质（通常是一根电缆），设备通过共享这根传输介质来进行通信。

在总线型拓扑结构中，所有设备可以看到在传输介质上发送的所有数据帧，但每个设备只能接收并处理发送给它的数据帧。

其次，星型拓扑结构是指所有设备都连接到一个集线器或交换机，集线器或交换机起到中继数据的作用。

在星型拓扑结构中，每个设备通过独立的链路与集线器或交换机相连，这样可以提高网络的可靠性和扩展性。

最后，环型拓扑结构是指每个设备都与相邻的两个设备相连，形成一个闭合的环路。

在环型拓扑结构中，数据帧沿着环路传输，每个设备都可以接收并发送数据帧。

这种拓扑结构通常使用双绞线或光纤作为传输介质。

除了这些常见的以太网拓扑结构外，还有混合拓扑结构，即将
不同的拓扑结构组合在一起，以满足特定的网络需求。

例如，一个大型以太网网络可能会采用星型拓扑结构的子网，而这些子网之间则采用总线型或环型拓扑结构相连。

总的来说，以太网可以根据不同的拓扑结构来构建局域网，每种拓扑结构都有其特点和适用场景，网络管理员需要根据实际情况选择合适的拓扑结构来搭建网络。

在传统以太网中,为什么要有最小帧长度和最大帧长度的限制?以太网(IEEE 802.3)帧格式：1、前导码：7字节0x55,一串1、0间隔，用于信号同步2、帧起始定界符：1字节0xD5(10101011)，表示一帧开始3、DA(目的MAC)：6字节4、SA(源MAC)：6字节5、类型/长度：2字节，0～1500保留为长度域值，1536～65535保留为类型域值(0x0600～0xFFFF)6、数据：46～1500字节7、帧校验序列(FCS)：4字节，使用CRC计算从目的MAC到数据域这部分内容而得到的校验和。

以CSMA/CD作为MAC算法的一类LAN称为以太网。

CSMA/CD冲突避免的方法：先听后发、边听边发、随机延迟后重发。

一旦发生冲突，必须让每台主机都能检测到。

关于最小发送间隙和最小帧长的规定也是为了避免冲突。

考虑如下的情况，主机发送的帧很小，而两台冲突主机相距很远。

在主机A发送的帧传输到B的前一刻，B开始发送帧。

这样，当A的帧到达B时，B检测到冲突，于是发送冲突信号。

假如在B的冲突信号传输到A之前，A的帧已经发送完毕，那么A将检测不到冲突而误认为已发送成功。

由于信号传播是有时延的，因此检测冲突也需要一定的时间。

这也是为什么必须有个最小帧长的限制。

按照标准，10Mbps以太网采用中继器时，连接的最大长度是2500米，最多经过4个中继器，因此规定对10Mbps以太网一帧的最小发送时间为51.2微秒。

这段时间所能传输的数据为512位，因此也称该时间为512位时。

这个时间定义为以太网时隙，或冲突时槽。

512位＝64字节，这就是以太网帧最小64字节的原因。

512位时是主机捕获信道的时间。

如果某主机发送一个帧的64字节仍无冲突，以后也就不会再发生冲突了，称此主机捕获了信道。

由于信道是所有主机共享的，如果数据帧太长就会出现有的主机长时间不能发送数据，而且有的发送数据可能超出接收端的缓冲区大小，造成缓冲溢出。

ethernet的拓扑结构
以太网的拓扑结构是指网络中设备之间物理连接的布局方式。

常见的以太网拓扑结构包括总线型、星型、环型和树型四种。

首先是总线型拓扑结构，它是最早的以太网拓扑结构之一。

在
总线型拓扑结构中，所有设备都连接到同一条主干电缆上。

设备通
过特定的协议来竞争总线上的访问权。

总线型拓扑结构简单、成本低，但是一旦主干电缆出现故障，整个网络将会受到影响。

其次是星型拓扑结构，这是目前应用最为广泛的以太网拓扑结构。

在星型拓扑结构中，所有设备都连接到一个集线器或交换机上。

这种拓扑结构易于安装和维护，同时也减少了单点故障对整个网络
的影响。

然而，星型拓扑结构的缺点是集线器或交换机成为了单点
故障的可能性。

第三种是环型拓扑结构，设备通过一条环形的电缆连接在一起。

在环型拓扑结构中，数据以一个固定的方向在环上传输，因此具有
较高的稳定性。

然而，一旦环中的某个设备出现故障，整个网络将
会受到影响。

最后是树型拓扑结构，它是星型和总线型拓扑结构的结合。

树型拓扑结构通过集线器或交换机将多个星型拓扑结构连接在一起，形成一个树状结构。

这种拓扑结构可以灵活地扩展，并且具有较好的容错性。

综上所述，以太网的拓扑结构有总线型、星型、环型和树型四种，每种拓扑结构都有其特点和适用场景，选择合适的拓扑结构取决于具体的网络需求和条件。

南昌航空大学实验报告2019年 5月 2日课程名称：计算机网络与通信实验名称：以太网链路层帧格式分析班级：学生姓名：学号：指导教师评定：签名：一．实验目的分析Ethernet V2标准规定的MAC层帧结构，了解IEEE802.3标准规定的MAC层帧结构和TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。

二．实验内容1.在PC机上运行WireShark截获报文，在显示过滤器中输入ip.addr==(本机IP地址)。

2.使用cmd打开命令窗口，执行“ping 旁边机器的IP地址”。

3.对截获的报文进行分析：（1）列出截获报文的协议种类，各属于哪种网络？（2）找到发送消息的报文并进行分析，研究主窗口中的数据报文列表窗口和协议树窗口信息。

三．实验过程局域网按照网络拓扑结构可以分为星形网、环形网、总线网和树形网，相应代表性的网络主要有以太网、令牌环形网、令牌总线网等。

局域网经过近三十年的发展，尤其是近些年来快速以太网（100Mb/s）、吉比特以太网（1Gb/s）和10吉比特以太网（10Gb/s）的飞速发展，采用CSMA/CD（carrier sense，multiple access with collision detection）接入方法的以太网已经在局域网市场中占有绝对的优势，以太网几乎成为局域网的同义词。

因此，本章的局域网实验以以太网为主。

常用的以太网MAC帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准，另一种是IEEE802.3标准。

1. Ethernet V2标准的MAC帧格式DIX Ethernet V2标准是指数字设备公司（Digital Equipment Corp.）、英特尔公司（Intel corp.）和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准。

它是目前最常用的MAC帧格式，它比较简单，由5个字段组成。

第一、二字段分别是目的地址和源地址字段，长度都是6字节；第三字段是类型字段，长度是2字节，标志上一层使用的协议类型；第四字段是数据字段，长度在46~1500字节之间；第五字段是帧检验序列FCS，长度是4字节。

以太网帧格式一、Ethernet地址为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器（网络接口卡）分配一个唯一的通信地址，即Ethernet地址或称为网卡的物理地址、MAC地址。

IEEE负责为网络适配器制造厂商分配Ethernet地址块，各厂商为自己生产的每块网络适配器分配一个唯一的Ethernet地址。

因为在每块网络适配器出厂时，其Ethernet地址就已被烧录到网络适配器中。

所以，有时我们也将此地址称为烧录地址（Burned-In-Address，BIA）。

Ethernet地址长度为48比特，共6个字节，如图1所示。

其中，前3字节为IEEE分配给厂商的厂商代码，后3字节为网络适配器编号。

图1Ethernet地址二、CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）载波监听多路访问/冲突检测方法在ISO的OSI参考模型中，数据链路层的功能相对简单。

它只负责将数据从一个节点可靠地传输到相邻节点。

但在局域网中，多个节点共享传输介质，必须有某种机制来决定下一个时刻，哪个设备占用传输介质传送数据。

因此，局域网的数据链路层要有介质访问控制的功能。

为此，一般将数据链路层又划分成两个子层：●逻辑链路控制LLC（Logic Line Control）子层●介质访问控制MAC（Media Access Control）子层图2LLC和MAC子层如图2所示。

其中，LLC子层负责向其上层提供服务；MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。

MAC 子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

在MAC子层的诸多功能中，非常重要的一项功能是仲裁介质的使用权，即规定站点何时可以使用通信介质。

实际上，局域网技术中是采用具有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）这种介质访问方法的。

以太⽹帧结构详解⽹络通信协议⼀般地，关注于逻辑数据关系的协议通常被称为上层协议，⽽关注于物理数据流的协议通常被称为低层协议。

IEEE802就是⼀套⽤来管理物理数据流在局域⽹中传输的标准，包括在局域⽹中传输物理数据的802.3以太⽹标准。

还有⼀些⽤来管理物理数据流在使⽤串⾏介质的⼴域⽹中传输的标准，如帧中继FR（FrameRelay），⾼级数据链路控制HDLC（High-LevelDataLinkControl），异步传输模式ATM（AsynchronousTransferMode）。

分层模型0OSI国际标准化组织ISO于1984年提出了OSIRM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，开放系统互连参考模型）。

OSI参考模型很快成为了计算机⽹络通信的基础模型。

OSI参考模型具有以下优点：简化了相关的⽹络操作；提供了不同⼚商之间的兼容性；促进了标准化⼯作；结构上进⾏了分层；易于学习和操作。

OSI参考模型各个层次的基本功能如下：物理层:在设备之间传输⽐特流，规定了电平、速度和电缆针脚。

数据链路层：将⽐特组合成字节，再将字节组合成帧，使⽤链路层地址（以太⽹使⽤MAC地址）来访问介质，并进⾏差错检测。

⽹络层：提供逻辑地址，供路由器确定路径。

传输层：提供⾯向连接或⾮⾯向连接的数据传递以及进⾏重传前的差错检测。

会话层：负责建⽴、管理和终⽌表⽰层实体之间的通信会话。

该层的通信由不同设备中的应⽤程序之间的服务请求和响应组成。

表⽰层：提供各种⽤于应⽤层数据的编码和转换功能，确保⼀个系统的应⽤层发送的数据能被另⼀个系统的应⽤层识别。

应⽤层：OSI参考模型中最靠近⽤户的⼀层，为应⽤程序提供⽹络服务。

分层模型-TCP/IPTCP/IP模型同样采⽤了分层结构，层与层相对独⽴但是相互之间也具备⾮常密切的协作关系。

TCP/IP模型将⽹络分为四层。

TCP/IP模型不关注底层物理介质，主要关注终端之间的逻辑数据流转发。

数字传输系统帧结构数字传输系统的帧结构可以根据不同的协议和应用而有所不同。

以下是一般数字传输系统的常见帧结构：1. SDH（同步数字系列层次结构）帧结构：SDH是一种同步光纤传输技术，它的帧结构包括多个层次。

其中，最常见的SDH帧结构是STM-1（Synchronous Transport Module level-1），它的帧周期是125微秒。

STM-1帧结构如下：```- 9行270 列的容器（Container）- 3行90 列的终端传输容器（Tributary Unit）```2. SONET（同步光网络）帧结构：SONET是SDH的北美版本，其帧结构也有多个层次。

最常见的SONET帧结构是STS-1（Synchronous Transport Signal level-1），它的帧周期是125微秒。

STS-1帧结构如下：```- 3个12行90 列的VT（Virtual Tributary）容器- 1个9行90 列的STU（Synchronous Transport Unit）容器```3. Ethernet 帧结构：在以太网中，数据帧的结构是最为常见的。

一个标准的以太网帧结构如下：```-前导码：标志着数据帧的开始-目的MAC地址：接收数据的设备MAC地址-源MAC地址：发送数据的设备MAC地址-长度/类型字段：指示数据字段长度或指明上层协议类型-数据字段：携带传输的数据-帧校验序列：用于检测数据传输过程中的错误```需要注意的是，不同的数字传输系统和网络协议会有不同的帧结构，而且不同的帧结构适用于不同的数据传输需求。

上述提到的帧结构仅仅是其中的一部分，具体的帧结构会根据传输系统的要求和协议规范来设计。

Ethernet协议Ethernet协议是一种计算机网络通信协议，被广泛应用于局域网（LAN）和广域网（WAN）中，用于在不同的计算机之间进行数据传输。

它定义了物理层和数据链路层的规范，使得计算机能够通过以太网进行通信。

物理层在Ethernet协议中，物理层是指负责传输数据比特流的硬件和电缆。

常见的以太网物理层规范包括10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T等。

•10BASE-T是一种传输速率为10 Mbps的以太网物理层规范，使用双绞线作为传输介质。

•100BASE-TX是一种传输速率为100 Mbps的以太网物理层规范，同样使用双绞线作为传输介质。

•1000BASE-T是一种传输速率为1 Gbps的以太网物理层规范，使用四对双绞线作为传输介质。

除了双绞线，光纤也可以作为以太网的传输介质。

光纤以太网可以提供更高的传输速率和更长的传输距离。

数据链路层在Ethernet协议中，数据链路层负责将数据包分割成帧，并添加必要的控制信息，以便接收方能够正确地接收和解析数据。

数据链路层还处理错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

数据链路层使用MAC（Media Access Control）地址来标识网络中的每个网络接口。

MAC地址是一个全球唯一的地址，由48位二进制数组成，通常以十六进制表示。

帧结构以太网帧是数据链路层中的基本单位，它由以下几部分组成：1.Preamble（前导码）：用于同步发送方和接收方的时钟。

2.Destination MAC Address（目标MAC地址）：指示数据帧的接收方。

3.Source MAC Address（源MAC地址）：指示数据帧的发送方。

4.EtherType（以太类型）：指示数据帧中的数据类型（如IPv4、IPv6等）。

5.Payload（数据负载）：实际的数据内容。

6.Frame Check Sequence（帧校验序列）：用于检测数据帧在传输过程中是否发生错误。