以太网协议（IEEE 802.3）

协议层次

物理层：定义传输介质（双绞线、光纤等）、信号编码（如曼彻斯特编码）、速率（10Mbps/100Mbps/1Gbps等）及连接器类型。

数据链路层：分为两个子层：

MAC（介质访问控制）子层：处理帧封装、MAC地址寻址及冲突管理（如CSMA/CD）。

LLC（逻辑链路控制）子层（由IEEE 802.2定义）：提供与上层协议的接口。

以太网帧结构

前导码（7字节）：交替的1和0，用于时钟同步。

帧起始定界符（SFD，1字节）：标识帧的开始（10101011）。

目的MAC地址（6字节）：接收设备的物理地址。

源MAC地址（6字节）：发送设备的物理地址。

长度/类型字段（2字节）：

若值≤1500：表示数据字段长度（IEEE 802.3标准）。

若值≥1536：标识上层协议类型（如IPv4为0x0800）。

数据（46-1500字节）：有效载荷，不足46字节时需填充。

帧校验序列（FCS，4字节）：CRC校验，用于检测传输错误。

MAC地址

格式：48位（6字节），以十六进制表示（如00:1A:2B:3C:4D:5E）。

类型：

单播地址：目标为单一设备。

多播地址：目标为一组设备（首字节最低位为1）。

广播地址：全FF:FF:FF:FF:FF:FF，目标为所有设备。

物理层标准

命名规则：速率（Mbps）+ 信号类型（基带BASE） + 介质（如T为双绞线）。

10BASE-T：10Mbps，双绞线，最大100米。

100BASE-TX：100Mbps，双绞线。

1000BASE-T：1Gbps，双绞线。

光纤标准：如1000BASE-SX（短波长）和LX（长波长）。

冲突管理与双工模式

CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）：

用于半双工模式，设备侦听信道空闲后发送数据，冲突时随机退避重传。

全双工模式：允许同时收发，无需冲突检测，需交换机支持。

网络设备

集线器（Hub）：物理层设备，广播传输，共享冲突域。

交换机（Switch）：数据链路层设备，基于MAC地址转发，隔离冲突域，支持全双工。

扩展功能

VLAN（虚拟局域网）：通过802.1Q标签划分逻辑网络，增强安全性与管理。

PoE（以太网供电）：通过网线为设备（如IP摄像头）供电，标准包括802.3af/at。

自动协商：设备自动选择最高速率与双工模式（如1000BASE-T全双工）。

性能参数

MTU（最大传输单元）：默认1500字节（数据字段），超长帧（Jumbo Frame）可达9000字节。

帧长度范围：64-1518字节（标准帧），含VLAN标签时最大1522字节。

演进与高速以太网

速率提升：从10Mbps到10Gbps、40Gbps乃至100Gbps。

应用场景：数据中心、广域网（通过光纤长距离传输）。

典型问题

最小帧长：64字节确保冲突检测，数据不足时填充。

广播域与冲突域：交换机隔离冲突域，路由器隔离广播域。