以太网是什么意思（非常详细）
以太网是一种实现多个节点之间发送信息的网络无线电系统。在以太网中，每个节点必须获取电缆或者信道的信号才能传输信息。
以太网的名称来源于 19 世纪物理学家的假设，即以太是一种电磁辐射介质，但后来的研究证明以太不存在。在以太网中，每个节点都有一个全球唯一的 48 位地址，即制造商分配给网络接口卡的 MAC 地址，以保证所有节点能相互识别。
以太网标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法，使用 CSMA/CD 控制方法，并以 10Mbit/s 的数据传输速率运行在多种类型的电缆上。
以太网是目前应用十分普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准，如令牌环、FDDI 等。以太网标准与 IEEE 802.3 系列标准类似，包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和吉比特以太网（1Gbit/s）等，它们都符合 IEEE 802.3 技术标准。
以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑结构，但为了减少冲突，在网络传输速率和使用效率上实现最大化，目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）使用集线器进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构在物理上发生了改变，变为星形拓扑结构，但以太网在逻辑上仍然使用总线型拓扑结构和 CSMA/CD 控制方法。
从以太网诞生到目前为止，主要有以下几种应用较成熟的以太网线缆标准。
标准以太网主要使用双绞线、同轴电缆、光纤等传输介质，其线缆标准如下表所示：
标准以太网线缆标准是在 IEEE 802.3 中定义的。
以太网几乎都遵循 IEEE 802.3 标准，在这个标准中，以太网线缆标准前面的数字表示传输速率，单位是 Mbit/s，最后一个数字表示单段网线长度（基准单位是 100m），BASE 表示“基带”，T 代表双绞线，F 代表光纤。
1995 年 3 月，IEEE 宣布了 IEEE 802.3u 100BASE-T 快速以太网（Fast Ethernet）标准，开启了快速以太网的时代，快速以太网可提供 100Mbit/s 的数据传输速率。
与原来在 100Mbit/s 带宽下工作的 FDDI 网相比，快速以太网有许多优点，主要体现在快速以太网技术可以有效地保障用户在布线基础设施上的投资，它支持 3、4、5 类双绞线和光纤连接，能有效地利用现有的设施。
快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，即快速以太网仍基于 CSMA/CD 控制方法，当网络负载较重时，会导致效率降低，但这可以通过使用交换技术来弥补。
快速以太网线缆标准如下表所示：
吉比特以太网工作在全双工模式下，允许在两个方向上同时通信，所有线路具有缓存能力，每台计算机或者交换机在任何时候可以自由发送帧，不需要事先检测信道是否正在使用。在全双工模式下，不需要使用 CSMA/CD 控制方法监控信息冲突，电缆长度由信息强度来决定。
吉比特以太网有两个标准：IEEE 802.3z（光纤与铜缆）和IEEE 802.3ab（双绞线）。吉比特以太网线缆标准如下表所示。
2002 年 11 月，IEEE 提出使用铜缆实现万兆以太网的建议，并成立了专门的研究小组。为了满足万兆铜缆以太网的需求，2004 年 3 月，IEEE 制定了 802.3ak，在同轴铜缆上实现万兆以太网，而 IEEE 802.3an 定义了在双绞线上实现万兆以太网。
万兆以太网仍属于“以太网家族”，它和其他以太网技术兼容，不需要修改现有以太网的 MAC 子层协议或帧格式就能够与标准以太网、快速以太网或吉比特以太网无缝集成在一起直接通信。万兆以太网技术适用于企业和运营商网络建立交换机到交换机的连接或交换机与服务器之间的互联。
万兆以太网线缆标准如下表所示：
这两种格式的主要区别在于，Ethernet Ⅱ 格式中包含一个 Type 字段，标识以太帧处理完成之后将被发送到哪个上层协议进行处理，而在 IEEE 802.3 标准的格式中，同样的位置上是 Length 字段，用于表示以太帧的长度。
不同的 Type 字段值可以用来区分这两种帧的类型，当 Type 字段值小于或等于 1500（或者十六进制的 0x05DC）时，帧使用的是 IEEE 802.3 标准的格式；当 Type 字段值大于或等于 1536（或者十六进制的0x0600）时，帧使用的是 Ethernet Ⅱ格式。
以太网中大多数的数据帧使用的是 Ethernet Ⅱ格式，IEEE 802.3 与 Ethernet Ⅱ 帧格式比较如下图所示：
图 1 IEEE 802.3与Ethernet Ⅱ帧格式比较
以太网帧中包括源 MAC 地址和目标 MAC 地址，分别代表发送者的MAC地址和接收者的 MAC 地址。此外，以太网帧中有帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS）字段，用于检验传输过程中帧的完整性。
MAC 地址通常表示为 12 个十六进制数，如 00-16-EA-AE-3C-40，其中，前 6 个十六进制数代表网络硬件制造商的编号，由 IEEE 分配，后 6 个十六进制数代表该制造商所制造的某个网络产品（如网络接口卡）的系列号。
MAC 地址如同人们的身份证号码，具有唯一性。MAC 地址最高字节的最低位用于表示这个MAC地址是单播还是组播，0 表示单播，1 表示组播。
1) 单播 MAC 地址，指第一个字节的最低位是 0 的 MAC 地址。
例如，xxxxxxx0-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx。
2) 组播 MAC 地址，指第一个字节的最低位是 1 的 MAC 地址。
例如，xxxxxxx1-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx。
3) 广播 MAC 地址，指每个位是 1 的 MAC 地址。广播是组播的一个特例。
例如，11111111-11111111-11111111-11111111-11111111-11111111。
4) 任播 MAC 地址。任播 MAC 地址是 IPv6 中的概念，由最近的识别该信息的节点接收，可用于 DNS 的解析等。
以太网的名称来源于 19 世纪物理学家的假设，即以太是一种电磁辐射介质，但后来的研究证明以太不存在。在以太网中，每个节点都有一个全球唯一的 48 位地址，即制造商分配给网络接口卡的 MAC 地址，以保证所有节点能相互识别。
以太网概述
以太网标准是当今现有局域网采用的通用的通信协议标准，与 IEEE 802.3 系列标准类似，它不是一种具体的网络，而是一种技术规范。以太网标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法，使用 CSMA/CD 控制方法，并以 10Mbit/s 的数据传输速率运行在多种类型的电缆上。
1、以太网的产生
以太网是一种计算机局域网技术，是适应社会需求的产物，它是由施乐公司创建的。施乐公司、英特尔公司和数字设备公司联合开发公布了以太网的技术规范，IEEE 组织的 IEEE 802.3 标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议在内的内容。以太网是目前应用十分普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准，如令牌环、FDDI 等。以太网标准与 IEEE 802.3 系列标准类似，包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和吉比特以太网（1Gbit/s）等，它们都符合 IEEE 802.3 技术标准。
以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑结构，但为了减少冲突，在网络传输速率和使用效率上实现最大化，目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）使用集线器进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构在物理上发生了改变，变为星形拓扑结构，但以太网在逻辑上仍然使用总线型拓扑结构和 CSMA/CD 控制方法。
2、以太网线缆标准
随着以太网组网技术的不断发展，传输电缆的技术也得到了快速的发展，特别是交换技术和其他网络通信技术的发展，又推动了以太网技术的发展。从以太网诞生到目前为止，主要有以下几种应用较成熟的以太网线缆标准。
1) 标准以太网线缆标准
最开始的以太网只有 10Mbit/s 的吞吐量，它使用的是 CSMA/CD 控制方法，通常把这种早期的 10Mbit/s 以太网称为标准以太网。标准以太网主要使用双绞线、同轴电缆、光纤等传输介质，其线缆标准如下表所示：
| 名称 | 电缆 | 最长有效距离 |
|---|---|---|
| 10BASE-2 | 细同轴电缆 | 185m |
| 10BASE-5 | 粗同轴电缆 | 500m |
| 10BASE-T | 双绞线 | 100m |
| 10BASE-F | 光纤 | 2km |
标准以太网线缆标准是在 IEEE 802.3 中定义的。
以太网几乎都遵循 IEEE 802.3 标准，在这个标准中，以太网线缆标准前面的数字表示传输速率，单位是 Mbit/s，最后一个数字表示单段网线长度（基准单位是 100m），BASE 表示“基带”，T 代表双绞线，F 代表光纤。
2) 快速以太网线缆标准
随着网络的发展，标准以太网技术已难以满足日益增长的网络数据的传输需求。1995 年 3 月，IEEE 宣布了 IEEE 802.3u 100BASE-T 快速以太网（Fast Ethernet）标准，开启了快速以太网的时代，快速以太网可提供 100Mbit/s 的数据传输速率。
与原来在 100Mbit/s 带宽下工作的 FDDI 网相比，快速以太网有许多优点，主要体现在快速以太网技术可以有效地保障用户在布线基础设施上的投资，它支持 3、4、5 类双绞线和光纤连接，能有效地利用现有的设施。
快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，即快速以太网仍基于 CSMA/CD 控制方法，当网络负载较重时，会导致效率降低，但这可以通过使用交换技术来弥补。
快速以太网线缆标准如下表所示：
| 名称 | 电缆 | 最长有效距离 |
|---|---|---|
| 100BASE-T4 | 四对3类双绞线 | 100m |
| 100BASE-TX | 两对5类双绞线 | 100m |
| 100BASE-FX | 单模光纤或多模光纤 | 2km |
3) 吉比特以太网线缆标准
吉比特以太网标准是对 IEEE 802.3 以太网标准的扩展，基于以太网协议，传输速率是快速以太网的 10 倍，达到了 1Gbit/s，并仍与现有的以太网标准保持兼容。吉比特以太网工作在全双工模式下，允许在两个方向上同时通信，所有线路具有缓存能力，每台计算机或者交换机在任何时候可以自由发送帧，不需要事先检测信道是否正在使用。在全双工模式下，不需要使用 CSMA/CD 控制方法监控信息冲突，电缆长度由信息强度来决定。
吉比特以太网有两个标准：IEEE 802.3z（光纤与铜缆）和IEEE 802.3ab（双绞线）。吉比特以太网线缆标准如下表所示。
| 名称 | 电缆 | 最长有效距离 |
|---|---|---|
| 1000BASE-SX | 多模光纤 | 550m |
| 1000BASE-LX | 单模光纤或多模光纤 | 5km |
| 1000BASE-TX | 双绞线 | 100m |
4) 万兆以太网线缆标准
IEEE 在 2002 年 6 月制定了万兆以太网线缆标准 IEEE 802.3ae，该标准正式定义了光纤传输的万兆标准，但并不适用于企业局域网普遍采用的铜缆连接。2002 年 11 月，IEEE 提出使用铜缆实现万兆以太网的建议，并成立了专门的研究小组。为了满足万兆铜缆以太网的需求，2004 年 3 月，IEEE 制定了 802.3ak，在同轴铜缆上实现万兆以太网，而 IEEE 802.3an 定义了在双绞线上实现万兆以太网。
万兆以太网仍属于“以太网家族”，它和其他以太网技术兼容，不需要修改现有以太网的 MAC 子层协议或帧格式就能够与标准以太网、快速以太网或吉比特以太网无缝集成在一起直接通信。万兆以太网技术适用于企业和运营商网络建立交换机到交换机的连接或交换机与服务器之间的互联。
万兆以太网线缆标准如下表所示：
| 名称 | 电缆 | 最长有效距离 |
|---|---|---|
| 10GBASE-T | 双绞线 | 100m |
| 10GBASE-CX | 同轴铜缆 | 185m |
| 10GBASE-LX | 单模光纤或多模光纤 | 多模光纤 300m/ 单模光纤 10km |
| 10GBASE-SR/SW | 多模光纤 | 300m |
| 10GBASE-LR/LW | 单模光纤 | 10km |
| 10GBASE-ER/EW | 单模光纤 | 40km |
以太网帧格式
以太网使用两种标准帧格式：- 一种是 20 世纪 80 年代初提出的 DIX v2 格式，即 Ethernet Ⅱ 帧格式，Ethernet Ⅱ 后来被 IEEE 802 标准接纳；
- 另一种是 1983 年提出的 IEEE802.3 标准的格式。
这两种格式的主要区别在于，Ethernet Ⅱ 格式中包含一个 Type 字段，标识以太帧处理完成之后将被发送到哪个上层协议进行处理，而在 IEEE 802.3 标准的格式中，同样的位置上是 Length 字段，用于表示以太帧的长度。
不同的 Type 字段值可以用来区分这两种帧的类型，当 Type 字段值小于或等于 1500（或者十六进制的 0x05DC）时，帧使用的是 IEEE 802.3 标准的格式；当 Type 字段值大于或等于 1536（或者十六进制的0x0600）时，帧使用的是 Ethernet Ⅱ格式。
以太网中大多数的数据帧使用的是 Ethernet Ⅱ格式，IEEE 802.3 与 Ethernet Ⅱ 帧格式比较如下图所示：
图 1 IEEE 802.3与Ethernet Ⅱ帧格式比较
以太网帧中包括源 MAC 地址和目标 MAC 地址，分别代表发送者的MAC地址和接收者的 MAC 地址。此外，以太网帧中有帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS）字段，用于检验传输过程中帧的完整性。
MAC 地址通常表示为 12 个十六进制数，如 00-16-EA-AE-3C-40，其中，前 6 个十六进制数代表网络硬件制造商的编号，由 IEEE 分配，后 6 个十六进制数代表该制造商所制造的某个网络产品（如网络接口卡）的系列号。
MAC 地址如同人们的身份证号码，具有唯一性。MAC 地址最高字节的最低位用于表示这个MAC地址是单播还是组播，0 表示单播，1 表示组播。
1) 单播 MAC 地址，指第一个字节的最低位是 0 的 MAC 地址。
例如，xxxxxxx0-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx。
2) 组播 MAC 地址，指第一个字节的最低位是 1 的 MAC 地址。
例如，xxxxxxx1-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx。
3) 广播 MAC 地址，指每个位是 1 的 MAC 地址。广播是组播的一个特例。
例如，11111111-11111111-11111111-11111111-11111111-11111111。
4) 任播 MAC 地址。任播 MAC 地址是 IPv6 中的概念，由最近的识别该信息的节点接收，可用于 DNS 的解析等。
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