以太网（Ethernet）是当今最常用的局域网技术标准，由 IEEE 802.3 定义。最初使用总线拓扑（同轴电缆），现代以太网使用星形拓扑（交换机为中心）。
| 标准 | 名称 | 速率 | 介质 | 年代 |
|---|---|---|---|---|
| 802.3 | 10BASE5 | 10 Mbps | 粗同轴电缆 | 1983 |
| 802.3u | 100BASE-TX | 100 Mbps | 5 类双绞线 | 1995 |
| 802.3z | 1000BASE-X | 1 Gbps | 光纤/短铜线 | 1998 |
| 802.3ab | 1000BASE-T | 1 Gbps | 5e 类双绞线 | 1999 |
| 802.3ae | 10GBASE | 10 Gbps | 光纤 | 2002 |
两个常用标准：DIX Ethernet V2（实际最广泛）与 IEEE 802.3（多一个 LLC 子层），帧格式差别主要在类型/长度字段，实际几乎都用 V2。
MAC 地址是数据链路层硬件地址，长度 48 位（6 字节），常用冒号分隔的 12 个十六进制数表示（如 00:1A:2B:3C:4D:5E）。
FF:FF:FF:FF:FF:FF；第 1 字节最低位为 1 是组播，为 0 是单播| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 目的 MAC | 6 字节 | 接收方地址 |
| 源 MAC | 6 字节 | 发送方地址 |
| 类型 | 2 字节 | 上层协议（0x0800=IP，0x0806=ARP，0x86DD=IPv6） |
| 数据 | 46~1500 字节 | 上层数据，不足 46 字节需填充 |
| FCS | 4 字节 | 帧校验序列，CRC-32 |
| 参数 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| 最小帧长 | 64 字节 | 14 + 46 + 4 |
| 最大帧长 | 1518 字节 | 14 + 1500 + 4 |
| MTU | 1500 字节 | 数据字段最大值 |
| 最小数据长度 | 46 字节 | 保证 CSMA/CD 正常工作 |
CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问）是以太网的介质访问控制协议：
截断二进制指数退避：第 k 次冲突后（k ≤ 10），从 {0,1,…,2ᵏ−1} 中随机选 r，等待 r×2τ（τ 为单程传播时延）；k>10 时集合固定为 2¹⁰=1023；超过 16 次放弃发送。
交换机工作在数据链路层，按 MAC 地址表转发帧：收到帧先学源 MAC→入端口，再查目的 MAC——找到则从对应端口单播转发，未找到则向除入端口外的所有端口泛洪；表项有老化机制（通常 300s）。
| 比较项 | 集线器 Hub | 交换机 Switch |
|---|---|---|
| 层次 | 物理层 | 数据链路层 |
| 转发方式 | 所有端口广播 | 按 MAC 表定向转发 |
| 冲突域 | 所有端口同一域 | 每端口独立冲突域 |
| 广播域 | 同一广播域 | 默认同一广播域 |
| 全双工 | 不支持 | 支持 |
VLAN 是在物理网络上通过软件逻辑划分的广播域。同一 VLAN 内可直接通信，不同 VLAN 间通信需经路由器或三层交换机。作用：隔离广播域、提高安全性、灵活管理、减少广播开销。
实现方式：基于端口（最常用）、基于 MAC 地址、基于协议。
帧跨交换机传递 VLAN 信息时，插入 4 字节 802.1Q 标签，位于源 MAC 与类型字段之间：
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| TPID | 2 字节 | 标签协议标识，固定 0x8100 |
| PRI | 3 位 | 优先级 0~7 |
| CFI | 1 位 | 规范格式指示 |
| VID | 12 位 | VLAN ID，范围 0~4095（0 和 4095 保留） |
有效 VLAN ID 为 1~4094，共 4094 个。
| 端口类型 | 说明 | 连接设备 |
|---|---|---|
| Access | 只属一个 VLAN，收发不带标签帧 | 终端设备（PC、服务器） |
| Trunk | 属多个 VLAN，传输带标签帧 | 交换机之间 |
| Hybrid | 可灵活配置是否带标签 | 灵活场景 |
| 概念 | 定义 |
|---|---|
| MAC 地址 | 48 位硬件地址，唯一标识网络接口 |
| 以太网帧 | 以太网的数据传输单元 |
| CSMA/CD | 带冲突检测的载波侦听多路访问协议 |
| 最小帧长 | 64 字节，保证 CSMA/CD 检测冲突 |
| MTU | 最大传输单元，以太网为 1500 字节 |
| VLAN | 虚拟局域网，逻辑广播域 |
| 802.1Q | VLAN 标签标准，插入 4 字节标签 |
| Access 端口 | 连接终端，属于单个 VLAN |
| Trunk 端口 | 交换机互联，承载多 VLAN |
| 广播域 / 冲突域 | 广播帧 / 冲突能到达的网络范围 |
题：以太网帧携带 100 字节数据（IP 数据报），求帧总长。
解：数据 100B ≥ 46 无需填充；首部 14B + 数据 100B + FCS 4B = 118 字节。
题：数据仅 20 字节，求传输帧长。
解：20B < 46B 需填充至 46B；帧长 = 14 + 46 + 4 = 64 字节（最小帧长）。填充部分不计入 IP 数据报长度。
题：标准帧 1518 字节，加 802.1Q 标签后多长？
解：1518 + 4 = 1522 字节（最大帧长由 1518 扩为 1522）。
题：第 3 次冲突（k=3），τ=25.6μs，求退避范围。
解：从 {0,1,…,2³−1}={0,…,7} 选 r；退避 = r×2τ = r×51.2μs；范围 0 ~ 358.4μs；平均 3.5×51.2 = 179.2μs。
题：技术部(10人)/市场部(8人)/财务部(5人)用一台 24 口交换机按部门划分 VLAN，交换机间用 Trunk。
解：VLAN 10(端口1~10)、VLAN 20(端口11~18)、VLAN 30(端口19~23)、端口 24 为 Trunk；产生 3 个广播域；VLAN 间通信需路由器/三层交换机。
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