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第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


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第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


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第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 4

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 5

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 6

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 7

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 8

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 9

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 10

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


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第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 12

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 13

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 14

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 15

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 16

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 17

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 18

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 19

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 20

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


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第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 22

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展


Slide 23

第4讲 以太网

学习目标

 通过本讲的学习，希望您能够：
 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层
 理解以太网的工作原理和发展
 掌握以太网的帧格式

本讲内容

 数据链路层的MAC子层和LLC子层
 以太网

课程议题

局域网数据链路层的
MAC子层和LLC子层

局域网
局域网定义
 局域网是限定区域的网络
 局域网的线路是专用的
 局域网具有较高的数据通信速率
 局域网具有较低的误码率
 局域网具有开放性
目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域
网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等
方面还存在着许多不确定因素。

局域网标准

1. IEEE802是主要的局域网系列标准，由 IEEE802委员会（下属
若干工作组）定义，该标准所描述的局域网通过共享的传输介
质通信。
2. IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、
无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了
传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循
IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些
用来建立局域网络的组件。

IEEE802局域网模型


IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层



为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
 逻辑链路控制（ LLC ）子层
 媒体访问控制（ MAC）子层

媒体访问控制子层

 制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
 数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测
 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）

 设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备
 IEEE 802标准中为MAC地址

MAC地址的结构

 由48位二进制数组成，通常表示为12个16进制数
 前24位是厂商识别码，后24位是节点标识符

 分为三类：
 单播：第1个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址

 组播：第1个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
 广播：48位全部为1

逻辑链路控制子层

 控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生
响应
 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题
 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之
间的差异

局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理
•IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务
•IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范
•IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus
•IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring
•IEEE802.6-------城域网
•IEEE802.7-------宽带局域网
•IEEE802.8-------光纤技术 FDDI
•IEEE802.9-------综合数据话音网络
•IEEE802.10------网络安全与保密
•IEEE802.11------无线局域网
•IEEE802.12------需求优先
•IEEE802.13 ------(未使用)
•IEEE802.14 ------电缆调制解调器
•IEEE802.15 ------无线个人网
•IEEE802.16 ------宽带无线接入
•IEEE802.17 ------可靠个人接入技术

课程议题

以太网

以太网概述

 20世纪70年代产生于施乐公司
 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突
 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题
 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网
 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的
标准，成为DIX标准
 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准

 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台

共享信道内的冲突问题

 任意时刻信道只能传输一路数据
 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收
 如果有两台主机同时发送数据，则产生冲突

冲突

CSMA/CD工作机制
 CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple
Access/Collision Derect）
 载波侦听：发送结点在发送数据之前，必须侦听传输介质（信道）是否处于空闲状态。
 多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问信道，也表示一个结点发送
的数据可以被多个结点所接收。
 冲突检测：发送结点在发出数据的同时，还必须监听信道，判断是否发生冲突

 借助于CSMA/CD方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。
 CSMA/CD的工作机制可概括为：
先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

CSMA/CD

冲突

如果两台主机同时监听到信道空闲
发送阻塞信号并退避等待
主机在发送数据前监听信道，如果
并发生数据，则发生冲突
空闲，则发送；如果忙，则退避等
待

CSMA算法
 非坚持算法
 如果传输信道是空闲的，则可以立即发送
 如果信道是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤

 1-坚持算法
 如果传输信道空闲的，则可以立即发送

 如果信道是忙的，则继续监听，直至检测到信道空闲，然后立即发送
 如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一个随机时间，重复步骤
前面2步

 P-坚持算法
 首先监听总线，如果传输信道是空闲的，则以概率P进行发送，而以（1-P）的概率
延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。
 延迟一个时间单位后，再重复第一步。
 如果传输信道是忙的，则继续监听直至信道空闲并重复第一步。

带冲突检测的CSMA

 发送站点传输过程中仍继续监听信道，以检测是否发生冲突
 如果发生冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号以通
知其他节点
 需要最小帧长度的限制，以便冲突能够被检测到
 优点：
 原理简单，技术上容易实现，不需集中控制，不提供优先级控制

 缺点：
 在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降

以太网帧格式

 历史上出现过多种以太网帧格式
 1980年，DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准
 1982年，DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准
 1982年，IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3，定义了802.3 SAP帧
格式
 1983年，Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
 1985年，IEEE推出IEEE 802.3规范，后来为解决Ethernet II与802.3帧格
式的兼容问题，推出折衷的802.3 SNAP格式

 现在最常见的是：Ethernet II、802.3 SAP和SNAP

两种以太网帧格式
1.DIX Ethernet II 帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

类型

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
类型(type)：表示上层（网络层）协议的类型：如：
IP=0800H;ARP=0806H;RARP=8035H;X.25=0805H;IPX/SPX=8137H；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应由上层协议填
充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

两种以太网帧格式（续）
 2.IEEE(802.3)以太帧结构
字节数 7
前导码

1
帧首
定界符

6

6

2

46～1500B

目的地址

源地址

数据长度

数据

4
帧校验序列

前导码（Preamble）：7字节由1、0交替的位串，用于使接收方建立位同步；
帧首定界符（SFD）：由10101011组成的1个字节，表示帧开始；
目标地址（DA）/源地址(SA)：分别由6B组成的目标/源MAC地址；
数据长度(Length)：表示上层（LLC层）协议数据的字节数，其取值不大于
0600H(1536)；
数据（data）：数据长度在46B~1500B之间。如果少于46B，则应填充到46B；
帧校验序列：它是根据从目的地址到数据字段的内容计算得到的CRC校验值。
接收端以相同的方法计算CRC值并与该值比较。

以太网技术的发展
 共享式以太网





10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985）
10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985）
10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990）
10Base-F（光纤以太网802.3j:1993）

 交换式以太网
 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995）
 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ）
 100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ）
 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998)
 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999)
 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002)
 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006)

课程回顾

 MAC子层和LLC子层
 以太网概述
 CSMA/CD
 以太网帧格式
 以太网发展