以太網(wǎng)是一種基于競用的介質(zhì)訪問（contention media access）方法，可讓一個網(wǎng)絡(luò)中的所有主機共享鏈路帶寬。并使用數(shù)據(jù)鏈路層和物理層規(guī)范。
2.1 CSMD/CD:
以太網(wǎng)使用CSMD/CD（Carrier Sense Multiple Access with / Collision Detection，載波偵聽多路訪問/沖突檢測），這是一種幫助設(shè)備均衡的共享帶寬的協(xié)議，可避免兩臺設(shè)備同時在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)。在 CSMD/CD 網(wǎng)絡(luò)中，一個節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)時，其他所有節(jié)點都將接收并查看這些數(shù)據(jù)。（只有交換機和路由器才能避免數(shù)據(jù)傳遍整個網(wǎng)絡(luò)。）
以太網(wǎng)LAN發(fā)生沖突后將出現(xiàn)如下情況：
- 擁堵信號告訴所有設(shè)備發(fā)生了沖突；
- 沖突激活隨機后退算法；
- 以太網(wǎng)段中的每臺設(shè)備都暫停傳輸，直到其后退定時器到期。
CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)生嚴(yán)重沖突時，將導(dǎo)致：
- 延遲；
- 低吞吐量；
- 擁塞。
在以太網(wǎng)中，后退指的是沖突導(dǎo)致的重傳延遲。發(fā)生沖突后，主機將在指定的延遲時間后重新傳輸。定時器到期后，所有主機的傳輸優(yōu)先級都相同。
Tips:
1. 延遲指的是從幀進(jìn)入端口到離開端口之間的時間；
2. 雖然CSMA/CD不能消除沖突，但有助于極大地減少沖突，進(jìn)而減少重傳，從而提高所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸效率。
2.2 單工、半雙工和全雙工以太網(wǎng)
單工：單工通信只支持信號在一個方向上傳輸（正向或反向），任何時候不能改變信號的傳輸方向。（計算機和打印機之間的通信是單工模式，因為只有計算機向打印機傳輸數(shù)據(jù)）
半雙工/Half duplex： 半雙工通信允許信號在兩個方向上傳輸，但同一時刻只允許信號在一個信道上單向傳輸。只有一個沖突域，使用CSMA/CD協(xié)議，以幫助防范沖突，并在發(fā)生沖突時支持重傳。雙工以太網(wǎng)的效率只有30%~40%。（對講機采用半雙工方式通信）
全雙工/Full duplex： 全雙工通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，即有兩個信道，因此允許同時進(jìn)行雙向傳輸。由于使用不同的線對傳輸數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，因此不會發(fā)生沖突。全雙工的效率為100%。（計算機、電話、手機的通信使用的是全雙工）
Tips:
- 在全雙工模式下，不會發(fā)生沖突；
- 每個全雙工節(jié)點都必須有一個專用的交換機端口；
- 主機的網(wǎng)卡和交換機端口必須能夠在全雙工模式下運行;
- 除集線器外，其他所有設(shè)備都可在全雙工模式下運行;
- 如果集線器與交換機相連，它必須運行在半雙工模式下，因為終端必須能夠檢測沖突。
- 半雙工模式下使用一對導(dǎo)線收發(fā)數(shù)據(jù)，需要使用CSMA/CD避免沖突；而全雙工模式使用兩對導(dǎo)線，一對負(fù)責(zé)收，一對負(fù)責(zé)發(fā)，所以沒有沖突的問題?。丛谌p工模式下無需使用CSMA/CD）
2.3 以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層
2.3.1 以太網(wǎng)編址
在數(shù)據(jù)鏈路層，以太網(wǎng)負(fù)責(zé)以太網(wǎng)編址，這通常稱為硬件或MAC編址。以太網(wǎng)還負(fù)責(zé)將來自網(wǎng)絡(luò)層的分組封裝成幀。
以太網(wǎng)使用固化在每個以太網(wǎng)卡（NIC）中的MAC (Media Access Control，介質(zhì)訪問控制)地址。MAC（硬件）地址長48位（6B），采用十六進(jìn)制格式。
OUI (Organizationally Unique Identifier，組織唯一標(biāo)識符)，是由IEEE分配給NIC制造商的，它包含24位（3B），而制造商給其生產(chǎn)的每個網(wǎng)卡都分配一個唯一的全局管理地址，該地址長24位。
2.3.2 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制和十六進(jìn)制
二進(jìn)制：0和1 （11111111=255，每位對應(yīng)的數(shù)值：128+64+32+16+8+4+2+1）
十進(jìn)制：0 ~ 9
十六進(jìn)制：0 ~ 9、A、B、C、D、E、F（A ~ F代表10~15）
進(jìn)制轉(zhuǎn)換技巧：每個十六進(jìn)制字符相當(dāng)于半字節(jié)（即4位），而兩個十六進(jìn)制字符相當(dāng)于一字節(jié)。要計算十六進(jìn)制對應(yīng)的二進(jìn)制值，可將這兩個字符分別轉(zhuǎn)換為半字節(jié)，然后將它們合并成一個字節(jié)，例如：6=0110，而A=1010，因此整個字節(jié)為01101010；
例如：
0x55 = 0101 0101
Tips:
" 0x " 表示十六進(jìn)制。
3.2 以太網(wǎng)幀
數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將比特合并字節(jié)，再將字節(jié)封裝成幀。在數(shù)據(jù)鏈路層，我們使用幀封裝來自網(wǎng)絡(luò)層的分組，以便通過特定類型的介質(zhì)進(jìn)行傳輸。
以太網(wǎng)工作站的職責(zé)是，使用MAC幀格式彼此傳遞數(shù)據(jù)幀。利用CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗）提供錯誤檢測功能。（只檢測錯誤，不糾錯）
Tips:
使用一種幀封裝另一種幀稱為 “隧道技術(shù)”。
2.3.4 以太網(wǎng)物理層
IEEE802.3快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：
100Base-TX（IEEE 802.3u）常稱為快速以太網(wǎng)，使用兩對5、5E或6類UTP，最大傳輸距離為100米。它使用RJ45接頭，并采用物理星型拓?fù)浜瓦壿嬁偩€拓?fù)洹?/p>
1000Base-T（IEEE 802.3ab）使用5類電纜，其中包含4對UTP，最大傳輸距離100米，最高傳輸速率1 Gbit/s。
1000Base-SX（IEEE 802.3z）使用多模光纖和短波激光的1吉比特以太網(wǎng)實現(xiàn)，其中多模光纖（MMF）的芯線為62.5微米（um）或者50微米。它使用850納米（nm）的激光，使用62.5微米多模光纖時最大傳輸距離為220米，而使用50微米多模光纖時最大傳輸距離為550米。
常見線纜：
UTP（Unshielded twisted pair）/非屏蔽雙絞線（常用5類、5e、6類，使用RJ45接頭）
STP（Shielded twisted pair）/屏蔽雙絞線
SMF（Single mode fiber）/單模光纖（芯線一般為9um和10um，波長有1310nm和1550nm兩種）
MMF（Multi mode fiber）/多模光纖（芯線為62.5um和50um，波長850nm）
知識補充：
單模光纖中波長（激光）為1310nm的傳輸距離有10km、30km、40km等，適合中長距離傳輸；1550nm傳輸距離有40km、70km、100km等，適合超長距離的傳輸。
多模光纖有部分可見光（單模為不可見光）。可見光部分波長范圍是：390~760nm，大于 760nm 部分是紅外光，小于 390nm 部分是紫外光。
常用的雙絞線：CAT5（5類線）、CAT5e（超5類線）、CAT6（六類線）。
CAT5一般用于10Mbps~100Mbps的網(wǎng)絡(luò)（只使用4根線），1000Mbps網(wǎng)絡(luò)一般使用CAT6（需使用全部8根線）。
MTU (Maximum Transmission Unit，最大傳輸單元)，快速以太網(wǎng)和以太網(wǎng)使用相同的MTU。
Tips:
光纖可提供更安全的長距離電纜，其速度高，且不受EMI（電子干擾）影響。
2.4 以太網(wǎng)布線
非屏蔽雙絞線分為568A和568B
標(biāo)準(zhǔn)568B：白橙--1，橙--2，白綠--3，藍(lán)--4，白藍(lán)--5，綠--6，白棕--7，棕--8（最常用）
標(biāo)準(zhǔn)568A：白綠--1，綠--2，白橙--3，藍(lán)--4，白藍(lán)--5，橙--6，白棕--7，棕--8
直通線：用4根導(dǎo)線連接以太網(wǎng)設(shè)備；用于連接：主機到交換機和集線器、路由器到交換機或集線器。
交叉線：也使用4根導(dǎo)線，一端為568A，另一端為568B（1、2、3、6，1號針腳與3號針腳相連，2號針腳與6號針腳相連）；用于連接：交換機到交換機、集線器到集線器、主機到主機、集線器到交換機、路由器到主機、路由器到路由器（使用快速以太網(wǎng)端口）；
反轉(zhuǎn)線：不用于組建以太網(wǎng)，用于在PC和路由器或交換機之間建立控制臺連接。
Tips:
1. 同種設(shè)備用交叉線，不同種設(shè)備用直通線（除了路由器>主機）；
2. 百兆只需使用其中4根線（1、2、3、6），千兆需要使用全部8根線；
3. 現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都能自適應(yīng)了?。炊伎梢杂弥蓖ň€）
2.5 數(shù)據(jù)封裝
主機通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給另一臺設(shè)備時，數(shù)據(jù)將經(jīng)歷封裝：OSI模型的每一層都使用協(xié)議信息將數(shù)據(jù)包裝起來。每層都只與其在接收設(shè)備上的對等層通信。
為通信和交換信息，每層使用PDU（Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）。PDU包含在模型的每一層給數(shù)據(jù)添加的控制信息。這些控制信息通常被添加到數(shù)據(jù)的字段前面的報頭中，但也可能被添加在報尾中。這些PDU信息僅在接收設(shè)備的對等層被讀取，然后被剝離，然后數(shù)據(jù)被交給下一層。
使用面向連接的協(xié)議（即TCP）時，傳輸層將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)段，并創(chuàng)建一條虛電路 以建立可靠會話。接下來，它對每個數(shù)據(jù)段進(jìn)行編號，并使用確認(rèn)和流量控制。如果你使用的是TCP，虛電路將由源端口號和目標(biāo)端口號以及源IP地址和目標(biāo)IP地址（稱為套接字）標(biāo)識。
主機只能使用不小于1024的端口號（0~1023為知名端口號）。目標(biāo)端口號標(biāo)識了上層進(jìn)程（應(yīng)用程序），在接收主機可靠地重建數(shù)據(jù)流后，數(shù)據(jù)流將被交給該進(jìn)程（應(yīng)用程序）。
發(fā)送端的數(shù)據(jù)封裝過程：
- 用戶信息被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，以便通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
- 數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)段，發(fā)送主機和接收主機之間建立一條可靠的連接。
- 數(shù)據(jù)段被轉(zhuǎn)換為分組或數(shù)據(jù)報，邏輯地址被添加在報頭中，以便能夠在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中路由分組。
- 分組或數(shù)據(jù)報被轉(zhuǎn)換為幀，以便在本地網(wǎng)絡(luò)中傳輸，硬件（以太網(wǎng)）地址被用于唯一的標(biāo)識本地網(wǎng)絡(luò)中的主機。
- 幀被轉(zhuǎn)換為比特，并使用數(shù)據(jù)編碼方法和時鐘同步方案。
Tips:
數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)接收來自網(wǎng)絡(luò)層的分組，并將其放在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)（電纜或無線）上。
2.6 包含了3層的Cisco層次模式
核心層：主干！--負(fù)責(zé)快速而可靠地傳輸大量的數(shù)據(jù)流。
需要謹(jǐn)記：設(shè)計核心層時，應(yīng)確保其高可用性。要考慮速度，核心層的延遲必須非常短。使用對速度、冗余有幫助的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)。
不要在核心層使用訪問列表、不要在虛擬局域網(wǎng)（VLAN）之間路由以及實現(xiàn)分組過濾；不要在核心層支持工作組的接入、不要增大核心層(即添加路由器)。因為這些操作會降低核心層的速度！集散層：路由選擇。--集散層有時也稱為工作組層，它是接入層和核心層之間的通信點。集散層的功能是提供路由選擇、過濾和WAN接入，以及在必要時確定如何讓分組進(jìn)入核心層。
---下面幾項操作通常應(yīng)該在集散層執(zhí)行：
1．路由選擇。
2．實現(xiàn)工具（如訪問列表）、分組過濾和排隊。
3．實現(xiàn)安全性和網(wǎng)絡(luò)策略，包括地址轉(zhuǎn)換和防火墻。
4．在路由選擇協(xié)議之間重分發(fā)，包括靜態(tài)路由。
5．在VLAN之間路由以及其他支持工作組的功能。
6．定義廣播域和組播域。
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接入層：交換。--接入層控制用戶和工作組對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)資源的訪問，有時也稱為桌面層。
---下面是接入層的一些功能：
1． 延續(xù)集散層的訪問控制和策略。
2． 建立獨立的沖突域（網(wǎng)絡(luò)分段）。
3． 提供到集散層的工作組連接。
Tips:
1. 如果隨著網(wǎng)絡(luò)的增大而使核心層產(chǎn)生性能上的問題，應(yīng)該對核心層進(jìn)行升級，而不是增大！
2. 集散層是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)策略的地方?。。?3. 封裝指的是沿OSI棧向下對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的過程。
