以太网物理层

① 概述以太网的物理层主要指标及参数意义

物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间

的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

a.媒体和互连设备

物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE

间的互连设备。DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则

是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE——DCE，再经过

DCE——DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。

LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，发送器,中继器等都属物理层的媒体

和连接器。

b.物理层的主要功能

⑴为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒

体连接而成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接.所谓激活,就是

不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路.

⑵ 传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务.一是要保证数据能

在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信

道上的拥塞.传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行,半双工或全双工，同步或

异步传输的需要.

⑶ 完成物理层的一些管理工作.

c.物理层的一些重要标准

物理层的一些标准和协议早在OSI/TC97/C16 分技术委员会成立之前就已制定并在应用了,

OSI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果.下面将一些重要的标准列出,以便读者查阅.

ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配".它与EIA(美国电子工业

协会)的"RS-232-C"基本兼容.

ISO2593:称为"数据通信----34芯DTE/DCE----接口连接器和插针分配".

ISO4092:称为"数据通信----37芯DTE/DEC----接口连接器和插针分配".与EIARS-449兼容.

CCITT V.24:称为"数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备之间的接口电路定义表".其功

能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上.

② 为什么各种以太网都要定义各种物理层结构

1。WLAN物理层是无线信号，以太网是电缆介质啊 2。链路层的协议是不一样的，WLAN主流是WIFI，协议为802.11a/b/g,以太网是802.3

③ 以太网的层次结构

OSI
OSI是Open System Interconnect的缩写，意为开放式系统互联。国际标准组织（国际标准化组织）制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层,分别是物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应用层。1至4层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。5至7层是高层，包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。

第一层是物理层（也即OSI模型中的第一层）在课堂上经常是被忽略的。它看起来似乎很简单。但是，这一层的某些方面有时需要特别留意。物理层实际上就是布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。甚至一个信鸽也可以被认为是一个1层设备。网络故障的排除经常涉及到1层问题。我们不能忘记用五类线在整个一层楼进行连接的传奇故事。由于办公室的椅子经常从电缆线上压过，导致网络连接出现断断续续的情况。遗憾的是，这种故障是很常见的，而且排除这种故障需要耗费很长时间。

第2层是数据链路层

运行以太网等协议。请记住，我们要使这个问题简单一些。第2层中最重要的是你应该理解网桥是什么。交换机可以看成网桥，人们现在都这样称呼它。网桥都在2层工作，仅关注以太网上的MAC地址。如果你在谈论有关MAC地址、交换机或者网卡和驱动程序，你就是在第2层的范畴。集线器属于第1层的领域，因为它们只是电子设备，没有2层的知识。第2层的相关问题在本网络讲座中有自己的一部分，因此现在先不详细讨论这个问题的细节。现在只需要知道第2层把数据帧转换成二进制位供1层处理就可以了。

第3层是网络层

在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。

如果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是“数据包”问题，而不是第2层的“帧”。IP是第3层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。有关路由的一切事情都在第3层处理。地址解析和路由是3层的重要目的。

第4层是处理信息的传输层。第4层的数据单元也称作数据包（packets）。但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。理解第4层的另一种方法是，第4层提供端对端的通信管理。像TCP等一些协议非常善于保证通信的可靠性。有些协议并不在乎一些数据包是否丢失，UDP协议就是一个主要例子。

第5层是会话层

这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

第6层是表示层

这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。

第7层是“一切”。第7层也称作“应用层”，是专门用于应用程序的。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务如果你的程序需要一种具体格式的数据，你可以发明一些你希望能够把数据发送到目的地的格式，并且创建一个第7层协议。SMTP、DNS和FTP都是7层协议。

学习OSI模型中最重要的事情是它实际代表什么意思。

假如你是一个网络上的操作系统。在1层和2层工作的网卡将通知你什么时候有数据到达。驱动程序处理2层帧的出口，通过它你可以得到一个发亮和闪光的3层数据包（希望是如此）。作为操作系统，你将调用一些常用的应用程序处理3层数据。如果这个数据是从下面发上来的，你知道那是发给你的数据包，或者那是一个广播数据包（除非你同时也是一个路由器，不过，暂时不用担心这个问题）。如果你决定保留这个数据包，你将打开它，并且取出4层数据包。如果它是TCP协议，这个TCP子系统将被调用并打开这个数据包，然后把这个7层数据发送给在目标端口等待的应用程序。这个过程就结束了。

当要对网络上的其它计算机做出回应的时候，每一件事情都以相反的顺序发生。7层应用程序将把数据发送给TCP协议的执行者。然后，TCP协议在这些数据中加入额外的文件头。在这个方向上，数据每前进一步体积都要大一些。TCP协议在IP协议中加入一个合法的TCP字段。然后，IP协议把这个数据包交给以太网。以太网再把这个数据作为一个以太网帧发送给驱动程序。然后，这个数据通过了这个网络。这条线路中的路由器将部分地分解这个数据包以获得3层文件头，以便确定这个数据包应该发送到哪里。如果这个数据包的目的地是本地以太网子网，这个操作系统将代替路由器为计算机进行地址解析，并且把数据直接发送给主机。

④ 谁能说一下，以太网的物理层信号到底是什么

二层交换网应用广泛采用IEEE 802.3标准太网（Ethernet）目前全世界局域网90%采用太网技术组网随着太网技术发展该技术已经进入接入网城域网领域本讲笔者提太网交换技术存虚电路新观点

1 太网类
太网特点数据终端共享传输总线太网按其总线传输速率划10 Mbit/s太网、100 Mbit/s太网、1 000 Mbit/s（吉比特）太网及10 Gbit/s太网等；太网按其总线传输介质划同轴电缆太网、双绞线太网及光纤（模、单模）太网

2 载波侦听路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议
共享式太网核思想主机共享公共传输通道电通信采用、频或码等使用户终端共享公共传输通道数据通信数据突发性若占用固定隙、频段或信道进行数据通信造资源浪费

若主机共享公共传输通道（总线）采取任何措施必产碰撞与冲突CSMA/CD协议解决主机争用公共传输通道制定

（1） 载波侦听路访问（CSMA）

每太网帧（MAC帧）均源主机宿主机物理址（MAC址）网某台主机要发送MAC帧应先监听信道信道空闲则发送；发现信道载波（指基带信号）则发送等信道空闲立即发送或延迟随机间再发送减少碰撞数

（2） 碰撞检测（CD）

于碰撞检测般情况总线信号摆超值即认发冲突种检测容易错信号线路传播存衰耗两主机相距远另台主机信号达已经弱与本主机发送信号叠加达冲突检测幅度错IEEE 802?郾3标准限制线缆度目前应用较冲突检测主机发送器数据发送线缆该主机接收机数据接收与发送数据相比判别否致若致则冲突发；若致则表示冲突发

3 MAC帧格式
每帧7字节前导码始前导码1010交替码其作用使目主机接收器钟与源主机发送器钟同步紧接着帧始界符字节10101011用于指示帧始

帧包括两址：目址源址目址高位0则表示普通址；1则表示组址址高位用于区局部址全局址局部址由局部网络管理者配离局部网该址毫意义全局址由IEEE统配保证全世界没两主机具相同全局址允许约7×1013全局址全局址用于全球性MAC帧寻址

数据域度给数据域存少字节数据其值0～1 500数据域度0合太短帧传送程能产问题其原：主机检测冲突便停止发送部数据已经发送线缆目主机却简单区确帧垃圾帧IEEE规定：确度必须于64字节于64字节必须用填充字段填充帧度

4 太网互联
根据OSI 7层模型太网低3层高3层互联实现互联网元设备继器、集线器、网桥、路由器、交换机网关

4.1 继器

继器工作OSI 7层模型物理层数字脉冲信号经定距离传输产衰耗波形失真接收端引起误码继器作用再（均衡放、整形）通网络传输数据信号扩展局域网范围

继器工作物理层高层协议完全透明用继器相联两网络链路层言相于网络继器仅起扩展距离作用能提供隔离扩展效带宽作用

4.2 集线器（Hub）

集线器像星型结构端口转发器每端口都具发送与接收数据能力某端口收连该端口主机发数据转发至其端口数据转发前每端口都进行再、整形并重新定

集线器互相串联形级星型结构相隔远两主机受传输延限制能串联几级连接主机数总线负载重冲突频频发导致网络利用率降

与继器集线器工作OSI 7层模型物理层能提供隔离作用相于端口继器

4.3 网桥

网桥工作OSI 7层模型链路层（MAC层）太网帧通网桥网桥检查该帧源目MAC址两址别属于同网络则网桥该MAC帧转发另网络反转发所网桥具滤与转发MAC帧功能能起网络间隔离作用共享型网络言网络间隔离意味着提高网络效带宽

网桥简单形式连接两局域网两端口网桥局域网互联降低网络效带宽采用端口网桥或太网交换机采用些工作链路层设备联网存缺点：

（1） 端口网桥或太网交换机简单路由表某端口收数据包若设备根据其目址找应输端口即所端口广播包网络较易引起广播风暴；

（2） 端口网桥或太网交换机链路层协议转换功能能做同协议网络互联例太网与X.25、FR、N-ISDNATM等网络互联

4.4 路由器

路由器存放庞复杂路由表并能根据网络拓扑、负荷改变及维护该路由表路由器找某端口输入数据包应输端口即删除该包路由器废除广播机制所抑制广播风暴

4.5 网关

网关工作OSI 7层模型高3层即层、表示层应用层网关用于两完全同网络互联其特点具高层协议转换功能网关典型应用IP电网关IP电网关复用64 kbit/s编码音No?郾7共路信令转换IP包送入Internet进行传输使PSTNInternet两完全同网络互联互通

5 太网交换机
5.1 太网交换机基本原理

型网络提高网络效率需要网络链路层进行段提高网络效带宽于型网络利用网桥网络进行段；于型网络往往采用太网交换机网络进行段即利用太网交换机共享型太网割若干网段段网络称交换型太网交换型太网工作每网段主机介质争用仍采用CSMA/CD机制联接各网段交换机则采用路由机制若某共享型太网带宽M共带N台主机则每台主机平均带宽M/N若该网内引入台8端口太网交换机该网割8网段则每网段带宽仍M总带宽则拓宽至8M

目前型太网引入台交换机级联工作式处用户级交换机般做1端口接1台主机则该主机享用所连接端口全部带宽需竞争网络资源

太网引入交换机网络段否能使网络容量限扩答案否定太网交换机MAC帧寻址采用广播式网络太易引起广播风暴需要路由器网络网络层进行段路由器计算机网割若干网缩其底层太网广播域抑制广播风暴

5.2 太网交换机路由式

该交换机某端口接收MAC帧交换机首要任务根据该MAC帧目址寻找输端口向该输端口转发MAC帧

通情况太网交换机存张路由表该表根据所接收MAC帧目址每MAC帧选择输端口

（1） 固定路由

固定路由指交换机张工配置路由表表标明各端口及其所应目址固定路由虽失种路由式网络规模则配置路由表变项繁重工作再加交换机所处网络经变更网络配置或增删主机网络管理员难使路由表及更新适应拓扑结构变化

（2） 自习路由

实际应用通通自习建立张态路由表自适应网络拓扑结构变化该态路由表工建立路由表基础通自习程断修改

所谓自习即根据达每端口MAC帧源址建立或刷新路由表假设交换机X端口收MAC帧检查该MAC帧源址A址则说明凡目址A址MAC帧应该通X端口转发X端口收源址A址MAC帧交换机控制部检查路由表若路由表目址项A址则X端口应目址项增加A址内容；若表目址项A址其应端口Y端口则需修改路由表

由见太网交换机利用广播帧自习建立路由表旦配置路由表续太帧根据目MAC址（未使用标记）路由表选择路由形条源主机目 主机虚电路

⑤ 以太网物理层协议100BASE-T,表示其传输速率为什么,传输介质为,物理上采用什么形连接

适 用 于 基 带 局 域 网(LAN) 的 以 太 网 标 准， 采 用 双 绞 线 缆， 速 度 为100Mbps。100BaseT 标 准 包 括100BaseT4( 4 对 中 档 到 高 档 双 绞 线 缆) 和100BaseTX( 两 对 高 档 双 绞 线 缆)。100Base-T 也 称 为 快 速 以 太 网。\

100Mbps，Baseband，双绞线对。简而言之，100Base-T是一种以100Mbps速率工作的局域网（LAN）标准，它通常被称为快速以太网，并使用UTP（非屏蔽双绞线）铜质电缆。快速以太网有三种基本的实现方式：100Base-FX、100Base-T、和100Base-T4。每一种规范除了接口电路外都是相同的，接口电路决定了它们使用哪种类型的电缆。为了实现时钟/数据恢复（CDR）功能，100Base-T使用4B/5B曼彻斯特编码机制。

⑥ 以太网采用的物理层编码方式

数据率是10Mb/s,BASE表示电缆上的信号是基带信号,采用曼彻斯特编码显然这种协议的效率是很低的编码效率是:50%以太网采用的物理层编码方式

⑦ 千兆以太网的物理层编码格式

尽管在以上9种千兆以太网中有些并不是IEEE发布的，但总体上来说，它们的体系结构与IEEE发布的千兆以太网规范类似，所以在此仅以IEEE发布的千兆以太网标准为例介绍其体系结构。
与本章前面介绍的10M/b、100M/b一样，千兆以太网的整个体系结构差别主要体现在于物理层和MAC子层，LLC子层基本上都是保持了一致。从体系结构上来看，与100M/b区别于10M/b相比，仅从结构上看，1000M/b与100M/b的区别并不是很大（两种结构的对比如图5-16所示）。
物理层上的主要区别表现在RS子层和PCS子层的接口发生了改变：由100M/b网络中的介质无关接口（MII）扩展为千兆介质无关接口（GMII）。GMII的发送和接收数据宽度由原来的MII的半字节扩展到一个字节。使用125MHz的时钟频率，可以实现1000Mb/s的传输速率。另外与MII、AUI不同，GMII不支持连接器和电缆，只是内置作为IC和IC之间的接口。其他各子层的功能参见上节介绍的快速以太网标准中的物理层结构。
但是在物理层的PCS子层中，却与100M/b以太网中的PCS子层有所区别，而且1000Base-X子系列中的三个标准与1000Base-T物理层中的PCS子层都不一样，前者采用的是8B/10B编码方式，后者采用的是PAM-5编码方式，而100Base-TX采用的是4B/5B编码方式。

⑧ CCNA为什么说以太网是在数据链路层和物理层定义的

首先，在最基本的你需要了解分层
分层是所有网络传送的基本概念，而所有的运输都会以这种概念来传输。
而以太网就是其中一个，不过以太网只负责管理数据和物理层
IEEE是一个叫Electrical
and
Electronics
Engineers
（电子工程师）的国际协会，负责规定电子产品的标准规格。与网络传输有关的都归类在802里，你经常看到的WiFi
802.11
也是其中一个
你可以理解为分层是一个7层楼的大厦，而以太网是1-3层的工作人员，而IEEE是工作人员的雇主，802是他们的部门

⑨ 以太网物理层怎么时钟同步

物理层同步以太网的网络结构

1、 一级(全国)基准时钟(PRC)位置

一个典型的同步以太网结构中，在图4所示的三个位置之一具有PRC。

用户数据字段剩下的空位装填充数据。

2.3 限制同步以太网的抖动和漂移

在广域网环境中，限制同步以太网产生的抖动和漂移的方案需要满足抖动和漂移的网络容限。

同步以太交换中的同步功能取决于内嵌时钟的性能特性。

当该时钟同步到另一个类似的同步以太网时钟或更高质量的时钟时，该时钟应确保出现适当的网络操作。为了与现存同步网的一致，内嵌时钟必须基于G．813SEC(SDH设备时钟)。当这样的同步以太网与G812SSU(同步供给单元)或SASE(独立型同步设备)连接再连接到G．811PRC时，用这样的网络时钟将能保证同步互联，同时也允许现存TDM网与新的分组网之间同步互联。需要指出的是，这些方案不影响现存IEEE802．3的任何特性如频率容差等。

在传统SDH同步网中，规定了不同等级的同步时钟，G．811可以认为是一级PRC，G，812可以认为是二级或三级的时钟BITS，G813就是SEC，也是网络中最低的时钟等级。在同步以太网中，也开始考虑组织一个像SDH一样的同步链路。于是就出现了一个新概念：以太网设备时钟(EEC)，G．8262就是定义EEC的一个规范。在同步时钟层次中，SEC和EEC是同等级别，也可以互联互通。