比特流计算机网络

❶ 计算机网络 ： 物理层如何实现比特流的透明传输

所谓透明传输，意思是物理层不对传输的比特流采取任何处理，只是单纯的将比特流从一个节点传到下一个节点，实现就是根据地址把比特流往不同的链路上转发就可以了

❷ 计算机网络中，数据的传输速度常用的单位是什么

常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps与Tb/s，最快的以太局域网理论传输速率（也就是所说的“带宽”）为10Gbit/s。

传输速度指的是将数据从源地址传送至目的地址的速度。根据传输设备和媒介的不同，传输速度有不同的含义。

针对传输网，传输速度是指将数字信号从起始地传输到终止地的传输速率。如SDH的一对光纤的传输速度为2.5Gbps或10Gbps。WDM的传输速度可以达到1.6T甚至更高。

交换机的传输速度是指交换机端口的数据交换速度。目前常见的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps等几类。除此之外，还有10GMbps交换机，但目前很少。

(2)比特流计算机网络扩展阅读

1Kbps=1000bps

1Mbps=1000*1000bps

1Gbps=1000*1000*1000bps

1Tbps=1000*1000*1000*1000bps。

数据传输速率是单位时间内传送数据码元的个数。它是衡量系统传输能力的主要指标，通常使用下列几种不同的定义：

数据传输速率为每秒钟传输二进制码元的个数，又称为比特率。单位为比特/秒（bit/s）。

调制速率为每秒钟传输信号码元的个数，又称波特率，单位为波特（Bd）。

数据传送速率为单位时间内在数据传输系统中的相应设备之间传送的比特、字符或码组平均数。在该定义中，相应设备常指调制解调器、中间设备或数据源与数据宿。单位为比特/秒（bit/s）、字符/秒或码组/秒。

❸ 计算机网络(2)| 物理层

首先要知道的是，物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。因为现在的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常的多。而物理层的作用就是要尽可能地屏蔽掉这些不同的差异，从而使得物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以让数据链路层“安心”的完成自己的本职工作而不必考虑网络的具体传输媒体和通信手段是什么。

物理层的主要任务描述为确定与传输媒体接口有关的一些特性，即以下几个方面：
（1） 机械特性 ：指明接口所用的接线器的形状与尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等等
（2） 电气特性 ：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3） 功能特性 ：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4） 过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

因为物理连接的方式有很多，所以具体的物理协议的种类也有很多，从而传输媒体的种类也是非常之多，所以在介绍物理层时，我们应该先对“接口与通信”有一定的了解。

一个通信系统可以划分为三大部分，即 源系统 ， 传输系统 和 目的系统 。

首先介绍源系统，源系统一般包括以下两个部分：
源点： 源点设备产生要传输的数据，例如从计算机的键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。源点又称为 源站 或者 信源 。
发送器： 通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。最典型的发送器就是调制器，现在的很多计算器使用的都是内置的解调器（包括调制器和解调器）。

目的系统一般也包括以下两个部分：
接收器： 接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，
终点： 终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。终点又称为 目的站 或者 信宿 。

在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。

然后我们要来辨别一下下面的常用术语：
消息： 指语音，文字，图像等等。
数据： 指使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器处理或者产生。
信号： 指数据的电气或电磁的表现。

根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可以分为以下两大类：
（1）模拟信号： 代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号： 代表消息的参数的取值是离散的。

信道 是用来表示向某一个方向传送消息的媒体，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：
（1）单向通信： 又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播就是这种类型。
（2）双向交替通信： 又称为半双工通信，即通信双方都可以发送消息，但不能双方同时发送（也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收。
（3）双向同时通信： 也称为全双工通信，即通信双方都可以同时发送和接收消息。

来自信源的信号称为 基带信号 。像计算机输出的代表各种文字或文件的数据信号都属于基带信号。由于基带信号往往包含有较多的低频成分和直流成分，但是许多信道并不能传输这种低频分量或是直流分量。所以为了解决这一问题，就必须对基带信号进行 调制 。

调制主要是分为两大类。一类是对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道的特征相适应，但是变换后的信号仍然是基带信号，这一类的调制称为 基带调制 ，这一过程也被称为编码。还有一类调制则是需要使用载波进行调制，将基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能更好的在模拟信道中传输，经过载波调制的信号称为带通信号，而使用载波的调制称为 带通调制 。

不归零制： 正电平代表1，负电平代表0。
归零制： 正脉冲代表1，负脉冲代表0。
曼彻斯特编码： 位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1，但是也可以反过来定义。
差分曼彻斯特编码： 在每一位的中心处始终有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。

调幅（AM）： 即载波的振幅随着基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波的输出。
调频（FM）： 即载波的频率随着基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率的 f1 或 f2 。
调相（PM）： 即载波的初始相位随着基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。
当然，有时为了达到更高的信息传输速率，也必须采用技术上更为复杂但传输效果更好的混合调制方法，例如正交振幅调制等等。

限制信息在信道上的传输速率的因素主要是以下两个。
（1）信道能够通过的范围频率
具体信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道，就是因为它的频率超过了信道所能承受的最大频率，因此就会造成失真现象。

（2）信噪比
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声是随机产生的，因此它的瞬时值有时会很大，所以噪声会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，当信号较强时，噪声的影响就相对较小。所以我们就要了解到 信噪比 的概念。信噪比就是指信号的平均功率和噪声的平均功率之比，单位是分贝：

W是带宽，S是信道内所传信号的平均功率，N为信道内高斯噪声的功率。香农公式指出：信道的带宽或者信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

传输媒体也称传输介质或传输媒介。传输媒体大致可以分为两大类： 导引型传输媒体和非导引型传输媒体 。下面来具体介绍。

双绞线就是指将两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。电话系统是使用双绞线最多的地方，从用户电话机到交换机的双绞线称为 用户线 。

模拟传输和数字传输都会用到双绞线，其通信距离一般是为几到几十公里。

为了提高双绞线的对抗电磁干扰能力，可以在双绞线外面再加一层用金属丝编织而成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线。，简称为 STP 。

同轴电缆内由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成。由于其特有的构造，所以同轴电缆有着良好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。目前同轴电缆主要用在有线电视网的信号传输当中。它的带宽是取决于它的质量的。

光纤是光缆通信的传输媒体，由于可见光的频率非常之高，因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

当光纤从高折射率的传输媒体到低折射率的传输媒体时，其折射角就会大于入射角。因此如果当入射角足够大时，就会产生全反射，光也就能沿着光纤传输下去。

正是由于上面的原理，所以只要将入射角的角度把握好，就能够产生全反射来进行传输，这也就是光纤传输的原理。

光纤不仅具有通信容量大的特点，还有其他的一些特点：
1.传输损耗小。
2.抗雷电和电磁干扰性能好。
3.无串音干扰，保密性很高。
4.体积小，重量轻。

我们将自由空间称为非导引型传输媒体，简单来说就是指无线传输。无线传输可以使用的频段很广，人们已经利用了好几个波段来进行通信，但是紫外线以及更高的波段现在暂时还是不能用于通信。

短波通信（高频通信）主要是靠电离层的反射来进行传输。但是短波信道的通信质量较差，传输速率较低。

无线电微波通信在数据通信中占有重要的地位。微波在空间中主要是以直线传播。传统的微波通信主要有两种方式，即 地面微波接力通信和卫星通信 。

要使用某一段无线电频谱进行通信，通常必须得到本国政府有关无线电频谱管理机构的许可证。但是也有一些无线电频段是可以自由使用的。例如ISM，各国的ISM标准可能略有差异。

复用是通信中的基本概念，它是指允许用户使用一个共享信道来进行通信，达到降低成本，提高利用率的效果。

先来介绍 频分复用FDM ，频分复用是指将带宽分为多份，用户在分到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用着这一条频带，也就是说频分复用的用户是在同样的时间占用不同的带宽资源。

然后是 时分复用TDM ，它是指将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。而每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

最后是 统计时分复用STDM ，它是有一点类似于TDM的，只是STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态的分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。

波分复用WDM 就是光的频分复用，也就是使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

码分复用CDM 是另一种共享信道的方法。而人们更常使用码分多址CDMA来称呼它。这种复用方式的具体做法是可以让每一个用户在同样的时间使用同样的频带进行通信，由于各个用户使用经过特殊的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。而且通过这种方式发送的信号具有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不容易被他人发现。

码分复用的工作原理是将每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称之为码片。一般情况下m的值是64或128。

使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列。一个站如果要发送比特1，则发送它自己的m bit码片序列。如果要发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。举例来说：

有时为了方便起见，我们会将码片中的0写为-1，1写为+1。

现假定S站要发送信息的数据率为b bits/s，由于每一个比特要转换成m个比特的码片，因此S站实际上发送的数据率提高到mb bit/s，同时S站所占用的频带宽度也提高到原来数值的m倍。这种方式就是 扩频 的一种。扩频通信通常有两大类，一种是直接序列扩频DSSS，另一种是跳频扩频FHSS。

CDMA系统的重要特点是每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交，并且在实用的系统中是使用伪随机码序列。

在早期的电话网当中，从电话局到用户电话机的用户线采用最廉价的双绞线电缆，而长途干线采用的是频分复用FDM的模拟传输方式。由于数字通信与模拟通信相比，无论数传输质量上还是从经济上都有明显的优势，所以现在长途干线大都采用时分复用PCM的数字传输方式。

但是早期的数字传输系统有着许多的缺点，其中最主要的是以下两个：
（1）速率标准不统一： 由于历史的原因，多路复用的速率体系有两个互不兼容的国际标准。所以国际范围的基于光纤高速数据传输就很难实现。
（2）不是同步传输： 在过去各国的数字网主要是采用准同步的方式，所以当数据传输速率很高时，收发双方的时钟同步就成为很大的问题。

所以为了解决这些问题，美国推出了一个数字传输标准，叫做同步光纤网SONET。整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。同时，SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构：

宽带的接入技术主要包括有线宽带接入和无线宽带接入。在这里先来介绍有线宽带接入。

ADSL技术的全称是非对称数字用户线技术，具体指的是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。具体来说ADSL技术就是把0-4 kHZ这一段低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

ADSL的 传输距离 取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。而ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。

ADSL在 数据率 方面由于用户在线的具体条件相差较大，因此ADSL采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到干扰的情况以及在每一个频率上测试信号的传输质量。但是ADSL不能保证固定的数据率，所以对于用户线很差的甚至无法开通ADSL。

基于ADSL的接入网由以下三大部分组成：数字用户线接入复用器，用户线和用户家中的一些设施。

ADSL技术也在发展，现在已经有了更高速率的ADSL标准，称之为 第二代ADSL ，第二代ADSL改进的地方主要是：
1. 通过提高调制效率得到了更高的数据率。
2. 采用了无缝速率自适应技术SRA，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应的调整数据率。
3. 改善了线路质量评测和故障定位功能。

HFC网是目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网，除了可以传送CATV外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

为了提高传输的质量，HFC网将原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，而光纤从头端连接到光纤结点，在光纤结点光信号被转换为电信号，最后信号被送到每一个用户的家庭。

FTTx是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带接入的方式。这里的x代表不同的光纤接入地点，例如FTTH光纤到户，FTTB光纤到大楼等等。

现在的长距离信号传输大都是采用光纤传输，只有在到了临近用户家中时，才将光纤转换为铜缆。但是一个用户是远用不了一根光纤的通信容量，因此我们在光纤干线和用户之间安装一种转换装置即 光配线网 ，使得许多用户能够共享一根光纤的通信容量。由于光配线网无需使用电源，因此我们将其称为无源光网络。

❹ 计算机网络中传输媒体传输的是码元还是比特流

肯定是码元，比特流是码元携带的信息。

❺ 什么叫比特流

BitTorrent是由Bram Cohen开发的内容分发协议。它使用高效的软件分发系统和点对点技术来共享大型文件（例如电影或电视节目），并为每个用户提供上传服务，如网络重新分配节点。典型的下载服务器为每个发出下载请求的用户提供下载服务，而BitTorrent的工作方式也不同。

分发者或文件持有者将文件发送给其中一个用户，并且用户将其转发给其他用户，并且用户将彼此的文件相互转发，直到完成每个用户的下载。此方法允许下载服务器同时处理多个大文件的下载请求，而不占用大量带宽。

(5)比特流计算机网络扩展阅读：

比特流功能

BitTorrent在大型文档和Linux和FreeBSD等免费软件方面提供了很多帮助。对于发布数百兆字节甚至几千兆字节的文件，例如Fedora的CD映像格式文件，使用BitTorrent可以大大减少服务器的数据流量并降低发布成本。

此外，当推出新版本的软件时，服务器肯定拥挤，并且使用BitTorrent可以大大减轻繁忙时间服务器的负担。

参考资料：网络-比特流

❻ 比特流和帧是什么意思

1. bps(bits per second)每秒比特数 。

2. bps是网络传输中一个最基本的网速单位，而比特流常用于拨号上网时代，最快的网速也就几十kbps(1024bps)，常指在网络中传输的数据流，也就是说上网比特流，就有现在由于网速的加快，常用Mbps(1024kbps),现在的网络传输不再称为比特流，而称为信息高速公路。

3. 帧的组成。在网络中，计算机通信传输的是由“0”和“1”构成的二进制数据，二进制数据成“帧”（Frame），帧是网络传输的最小单位。

4. 实际传输中，在铜缆（指双绞线等铜质电缆）网线中传递的是脉冲电流；在光纤网络和无线网络中传递的是光和电磁波（当然光也是一种电磁波）。

❼ 计算机网络(3)| 数据链路层

数据链路层属于计算机网络的低层。数据链路层使用的信道主要是两种类型：
（1）点对点信道 。即信道使用的是一对一点对点通信方式。
（2）广播信道 。这种信道使用的是一对多的光播通信方式，相对复杂。在广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

首先我们应该了解一些有关点对点信道的一点基本概念。
（1）数据链路 。值得是当我们需要在一条线路上传送数据时，除了有一条物理线路外（链路），还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上就构成了数据链路。
（2）帧 。帧指的是点对点信道的数据链路层的协议数据单元，即数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上以及把接收到的帧中的数据取出并上交给网络层。

点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下：
（1）结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。
（2）结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层。
（3）若B接收的帧无差错，则从接收的帧中提取出IP数据报上交给上面的网络层；否则丢弃这个帧。

接下来是来介绍数据链路层的三个基本问题，而这三个问题对于各种数据链路层的协议都是通用的。

（1）封装成帧 。指的是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧，从而能够作为数据链路层的基本单位进行数据传输。在发送帧时，是从帧的首部开始发送的。各种数据链路层协议都对帧首部和帧尾部的格式有着明确的规定，且都规定了所能传送的 帧的数据部分 长度上限—— 最大传送单元MTU 。首部和尾部的作用是进行帧定界，帧定界可以使用特殊的 帧定界符 ，当数据在传输中出现差错时，通过帧的帧定界符就可以知道收到的数据是一个不完整的帧(即只有首部开始符而没有结束符)。

（2）透明传输 。从上面的介绍中知道帧的开始和结束标记使用了专门的控制字符，因此所传输的数据中任何与帧定界符相同的比特编码是不允许出现的，否则就会出现帧定界错误。当传送的帧是用文本文件组成的帧时，它的数据部分一定不会出现和帧定界符相同的字符，这样的传输就叫做 透明传输 。为了解决其他类型文件传输时产生的透明传输问题，就将帧定界符的前面插入一个 转义字符ESC ，这种方法称为 字节填充 。如果转义字符也出现在数据中，就在转义字符前面加上一个转义字符，当接收端收到两个转义字符时，就删除前面的那一个。

（3）差错检测 。在现实中，通信链路都不会是完美的，在传输比特的过程当中都是会产生差错的，1变成0或者0变成1都是可能发生的，我们把这样的错误叫做差错检测。在数据链路层中，为了保证数据传输的可靠性，减少差错出现的数量，就会采用各种差错检测措施，目前最常使用的检错技术是 循环冗余校验 。它的原理简单来说就是在被传输的数据M后面添加供错检测用的n为冗余码，构成一个帧数据发送出去。关于n位冗余码的得出方式与检验方式，可以 点击这里进一步了解 。

对于点对点链路，点对点协议PPP是目前使用得最广泛的数据链路层协议。由于因特网的用户通常都要连接到某个ISP才能接入到因特网，PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信所使用的数据链路层协议。

在设计PPP协议时必须要考虑以下多方面的需求：
（1）简单 。简单的设计可使协议在实现时不容易出错，这样使得不同厂商对协议的不同实现的互操作性提高了。
（2）封装成帧 。PPP协议必须规定特殊的字符作为帧定界符（即标志一个帧的开始和结束的字符），以便使接收端从收到的比特流中能准确的找出帧的开始和结束的位置。
（3）透明性 。PPP协议必须保证数据传输的透明性。如果说是数据中碰巧出现和帧定界符一样的比特组合时，就要采用必要的措施来解决。
（4）多种网络层协议 。PPP协议必须能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议（IP和IPX等）的运行。
（5）多种类型链路 。除了要支持多种网络层的协议外，PPP还必须能够在多种链路上运行（串行与并行链路）。
（6）差错检测 。PPP协议必须能够对接收端收到的帧进行检测，并舍弃有差错的帧。
（7）检测连接状态 。必须具有一种机制能够及时（不超过几分钟）自动检测出链路是否处于正常工作状态。
（8）最大传送单元 。协议对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元MTU。
（9）网络层地址协商 。协议必须提供一种机制使通信的两个网络层（如两个IP层）的实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。
（10）数据压缩协商 。协议必须能够提供方法来协商使用数据压缩算法。但PPP协议不要求将数据压缩算法进行标准化。

PPP协议主要是由三个方面组成的：
（1） 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
（2） 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP（Link Control Protocol）。
（3） 一套网络控制协议NCP（Network Control Protocol），其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet，以及AppleTalk等。

最后来介绍PPP协议帧的格式：

首先是各个字段的意义。首部中的地址字段A规定为0xFF，控制字段C规定为0x03，这两个字段并没有携带PPP帧的信息。首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标识字段F(Flag)。首部的第四个字段是2字节的协议字段。当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息部分字段就是IP数据报。若为0xC021，则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据，而 0x8021表示这是网络层的控制数据。尾部中的第一个字段（2字节）是使用CRC的帧检验序列FCS。

接着是关于PPP协议的差错检测的方法，主要分为字节填充和零比特填充。当是PPP异步传输时，采用的是字节填充的方法。字节填充是指当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时，就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。而当PPP协议使用的是同步传输时，就会采用零比特填充方法来实现透明传输，即只要发现有5个连续1，则立即填入一个0的方法。

广播信道可以进行一对多的通信。由于局域网采用的就是广播通信，因此下面有关广播通信的讨论就是基于局域网来进行的。

首先我们要知道局域网的主要 特点 ，即网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。在局域网才出现时，局域网比广域网有着较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。

局域网的 优点 主要有一下几个方面：
（1） 具有广播功能，从一个站点可方便地访问全网。
（2） 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活地调整和改变。
（3） 提高了系统的可靠性(reliability)、可用性(availibility)、生存性(survivability)。

关于局域网的分类，我们一般是对局域网按照网络拓扑进行分类：
1.星状网： 由于集线器的出现和双绞线大量用于局域网中，星形以太网和多级星形结构的以太网获得了非常广泛的应用。
2.环形网： 顾名思义，就是将各个主机像环一样串起来的拓扑结构，最典型的就是令牌环形网。
3.总线网： 各站直接连在总线上。总线两端的匹配电阻吸收在总线上传播的电磁波信号的能量，避免在总线上产生有害的电磁波反射。

以太网主要有两个标准，即DIX Ethernet V2和IEEE 802.3标准，这两种标准的差别很小，可以不是很严格的区分它们。

但是由于有关厂商的商业上的激烈竞争，导致IEEE 802委员会未能形成一个最佳的局域网标准而制定了几个不同的局域网标准，所以为了数据链路层能够更好的适应各种不同的标准，委员会就把局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制LLC子层 和 媒体接入控制MAC子层 。

计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器(adapter)来进行的。适配器本来是在电脑主机箱内插入的一块网络接口板(或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡)，这种接口板又称为网络接口卡NIC(Network Interface Card)或简称为网卡。适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的，因此适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，所以在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。若在主板上插入适配器时，还必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉适配器，应当从存储器的什么位置上把多长的数据块发送到局域网，或应当在存储器的什么位置上把局域网传送过来的数据块存储下来。适配器还要能够实现以太网协议。

要注意的是，适配器在接收和发送各种帧时是不使用计算机的CPU的，所以这时计算机中的CPU可以处理其他的任务。当适配器收到有差错的帧时，就把这个帧丢弃而不必通知计算机，而当适配器收到正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给协议栈中的网络层。当计算机要发送IP数据报时，就由协议栈把IP数据报向下交给适配器，组装成帧后发送到局域网。特别注意： 计算机的硬件地址—MAC地址，就在适配器的ROM中。计算机的软件地址—IP地址，就在计算机的存储器中。

CSMA/CD协议主要有以下3个要点：
1.多点接入 ：指的是这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
2.载波监听 ：就是用电子技术检测总线上有没有其他的计算机也在发送。载波监听也称为检测信道，也就是说，为了获得发送权，不管在发送前，还是在发送中，每一个站都必须不停的检测信道。如果检测出已经有其他站在发送，则自己就暂时不发送数据，等到信道空闲时才发送数据。而在发送中检测信道是为了及时发现有没有其他站的发送和本站发送的碰撞。
3.碰撞检测 ：也就是边发送边监听。适配器一边发送数据一边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。所谓碰撞就是信号之间产生了冲突，这时总线上传输的信号严重失真，无法从中恢复出有用的信息来。

集线器的一些特点如下：
（1）使用集线器的以太网在逻辑上仍然是一个总线网，各个站点共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。
（2）一个集线器是有多个接口。一个集线器就像一个多接口的转发器。
（3）集线器工作在物理层，所以它的每一个接口仅仅是简单的转发比特。它不会进行碰撞检测，所以当两个接口同时有信号的输入，那么所有的接口都将收不到正确的帧。
（4）集线器自身采用了专门的芯片来进行自适应串音回波抵消。这样可使接口转发出去的较强的信号不致对该接口收到的较弱信号产生干扰。
（5）集线器一般都有少量的容错能力和网络管理能力，也就是说如果在以太网中有一个适配器出现了故障，不停地发送以太网帧，这是集线器可以检测到这个问题从而断开与故障适配器的连线。

在局域网中，硬件地址又称为物理地址或者MAC地址，这种地址是用在MAC帧中的。由于6字节的地址字段可以使全世界所有的局域网适配器具有不同的地址，所以现在的局域网适配器都是使用6字节MAC地址。

主要负责分配地址字段的6个字节中的前3个字节。世界上凡事要生产局域适配器的厂家都必须向IEEE购买这3个字节构成的地址号，这个地址号我们通常叫做 公司标识符 ，而地址字段的后3个字节则由厂家自行指派，称为 扩展标识符 。

IEEE规定地址字段的第一字节的最低位为I/G位。当I/G位为0时，地址字段表示一个单个站地址，而当I/G位为1时表示组地址，用来进行多播。所以IEEE只分配地址字段前三个字节中的23位，当I/G位分别为0和1时，一个地址块可分别生 2^24 个单个站地址和2^24个组地址。IEEE还把地址字段第1个字节的最低第二位规定为G/L位。当G/L位为0时是全球管理，来保证在全球没有相同的地址，厂商向IEEE购买的都属于全球管理。当地址段G/L位为1时是本地管理，这时用户可以任意分配网络上的地址，但是以太网几乎不会理会这个G/L位的。

适配器对MAC帧是具有的过滤功能的，当适配器从网络上每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的目的地址。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理，否则就将此帧丢弃。这样做就可以不浪费主机的处理机和内存资源这里发往本站的帧包括以下三种帧：
（1）单播帧：即收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。
（2）广播帧：即发送给本局域网上所有站点的帧。
（3）多播帧：即发送给本局域网上一部分站点的帧。

常用的以太网MAC帧格式是以太网V2的MAC帧格式。如下图：

可以看到以太网V2的MAC帧比较的简单，有五个字段组成。前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段。第三个字段是2字节的类型字段，用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。下一个字段是数据字段，其长度在46到1500字节之间。最后一个字段是4字节的帧检验序列FCS（使用CRC检验）。

从图中可以看出，采用以太网V2的MAC帧并没有一个结构来存储一个数据的帧长度。这是由于在曼彻斯特编码中每一个码元的正中间一定有一次电压的转换，如果当发送方在发送完一个MAC帧后就不再发送了，则发送方适配器的电压一定是不会在变化的。这样接收方就可以知道以太网帧结束的位置，在这个位置减去FCS序列的4个字节，就可以知道帧的长度了。

当数据字段的长度小于42字节时，MAC子层就会在MAC帧后面加入一个整数字节来填充字段，来保证以太网的MAC帧的长度不小于64字节。当MAC帧传送给上层协议后，上层协议必须具有能够识别填充字段的功能。当上层使用的是IP协议时，其首部就有一个总长度字段，因此总长度加上填充字段的长度，就是MAC帧的数据字段的长度。

从图中还可以看出，在传输MAC帧时传输媒体上实际是多发送了8个字节，这是因为当MAC帧开始接收时，由于适配器的时钟尚未与比特流达成同步，因此MAC帧的最开始的部分是无法接收的，结果就是会使整个MAC成为无用帧。所以为了接收端能够迅速的与比特流形成同步，就需要在前面插入这8个字节。这8个字节是由两个部分组成的，第一个部分是由前7个字节构成的前同步码，它的主要作用就是就是实现同步。第二个部分是帧开始界定符，它的作用就是告诉接收方MAC帧马上就要来了。需要注意的是，帧与帧之间的传输是需要一定的间隔的，否则接收端在收到了帧开始界定符后就会认为后面的都是MAC帧而会造成错误。

以太网上的主机之间的距离不能太远，否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使CSMA/CD协议无法正常工作，所以在过去常常使用工作在物理层的转发器来拓展以太网的地理覆盖范围。但是现在随着双绞线以太网成为以太网的主流类型，拓展以太网的覆盖范围已经很少使用转发器，而是使用光纤和一对光纤调制解调器来拓展主机和集线器之间的距离。

光纤解调器的作用是进行电信号与光信号的转换。由于光纤带来的时延很小，并且带宽很宽，所以才用这种方法可以很容易地使主机和几公里外的集线器相连接。

如果是使用多个集线器，就可以连接成覆盖更大范围的多级星形结构的以太网：

使用多级星形结构的以太网不仅能够让连接在不同的以太网的计算机能够进行通信，还可以扩大以太网的地理覆盖范围。但是这样的多级结构也带来了一些缺点，首先这样的结构会增大它们的碰撞域，这样做会导致图中的某个系的两个站在通信时所传送的数据会通过所有的集线器进行转发，使得其他系的内部在这时都不能进行通信。其次如果不同的以太网采用的是不同的技术，那么就不可能用集线器将它们互相连接起来。

拓展以太网的更常用的方法是在数据链路层中进行的，在开始时人们使用的是网桥。但是现在人们更常用的是 以太网交换机 。

以太网交换机实质上是一个多接口的网桥，通常是有十几个或者更多的接口，而每一个接口都是直接与一个单台主机或者另一个以太网交换机相连。同时以太网交换机还具有并行性，即能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信，对于相互通信的主机来说都是独占传输媒体且无碰撞的传输数据。

以太网交换机的接口还有存储器，能够在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存，等到接口不再繁忙时再将缓存的帧发送出去。

以太网交换机还是一种即插即用的设备，它的内部的地址表是通过自学习算法自动的建立起来的。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，它的转发速率是要比使用软件转发的网桥快很多。

如下图中带有4个接口的以太网交换机，它的4个接口各连接一台计算机，其MAC地址分别为A、B、C、D。在开始时，以太网交换机里面的交换表是空的。

首先，A先向B发送一帧，从接口1进入到交换机。交换机收到帧后，先查找交换表，但是没有查到应从哪个接口转发这个帧，接着交换机把这个帧的源地址A和接口1写入交换表中，并向除接口1以外的所有接口广播这个帧。C和D因为目的地址不对会将这个帧丢弃，只有B才收下这个目的地址正确的帧。从新写入的交换表（A,1）可以得出，以后不管从哪一个接口收到帧，只要其目的地址是A，就应当把收到的帧从接口1转发出去。以此类推，只要主机A、B、C也向其他主机发送帧，以太网交换机中的交换表就会把转发到A或B或C应当经过的借口号写入到交换表中，这样交换表中的项目就齐全了，以后要转发给任何一台主机的帧，就都能够很快的在交换表中找到相应的转发接口。

考虑到有时可能要在交换机的接口更换主机或者主机要更换其网络适配器，这就需要更改交换表中的项目，所以交换表中每个项目都设有一定的有效时间。

但是这样的自学习有时也会在某个环路中无限制的兜圈子，如下图：

假设一开始主机A通过接口交换机#1向主机B发送一帧。交换机#1收到这个帧后就向所有其他接口进行广播发送。其中一个帧的走向：离开#1的3->交换机#2的接口1->接口2->交换机#1的接口4->接口3->交换机#2的接口1......一直循环下去，白白消耗网络资源。所以为了解决这样的问题，IEEE制定了一个生成树协议STP，其要点就是不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上切断某些链路，从而防止出现环路。

虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机属于VLAN。要注意虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而不是一种新型局域网。

现在已经有标准定义了以太网的帧格式的扩展，以便支持虚拟局域网。虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记，它是用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。VLAN标记字段的长度是4字节，插入在以太网MAC帧的源地址字段和类型字段之间。VLAN标记的前两个字节总是设置为0x8100，称为IEEE802.1Q标记类型。当数据链路层检测到MAC帧的源地址字段后面的两个字节的值是0x8100时，就知道现在插入了4字节的VLAN标记。于是就接着检查后面两个字节的内容，在后面的两个字节中，前3位是用户优先级字段，接着的一位是规范格式指示符CFI，最后的12位是该虚拟局域网VLAN标识符VID，它唯一的标志了这个以台网属于哪一个VLAN。

高速以太网主要是分为三种，即100BASE-T以太网、吉比特以太网和10吉比特以太网：