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计算机网络 · 03-data-link

以太网

重要度 ⭐⭐⭐⭐⭐ 计算机网络/数据链路层以太网EthernetMACCSMA-CD帧格式
速查
以太网（IEEE 802.3）是最主流局域网技术。MAC 帧：目的MAC(6) + 源MAC(6) + 类型(2) + 数据(46~1500) + FCS(4)。最小帧长 64B（保证 CSMA/CD 能检冲突），最大 1518B。提供无连接、不可靠服务；现代交换式以太网全双工，不需 CSMA/CD。考试频率 ⭐⭐⭐⭐⭐。

核心概念 ▾

以太网概述

  • IEEE 802.3 标准
  • 最常用的局域网技术
  • 从共享式发展到交换式
  • 支持 10Mbps 到 100Gbps

以太网发展历程

标准速率介质特点
10BASE510Mbps粗同轴电缆最早的以太网
10BASE210Mbps细同轴电缆便宜
10BASE-T10Mbps双绞线星形拓扑
100BASE-T100Mbps双绞线快速以太网
1000BASE-T1Gbps双绞线千兆以太网
10GBASE-T10Gbps双绞线万兆以太网

MAC 帧格式 ⭐ ▾

Ethernet V2 帧格式（DIX）

┌─────────┬─────────┬──────────┬──────────┬─────────┐
│ 目的MAC  │ 源MAC   │  类型    │   数据    │   FCS   │
│  6字节   │  6字节  │  2字节   │ 46-1500B │  4字节  │
└─────────┴─────────┴──────────┴──────────┴─────────┘
- 目的MAC：接收方 MAC 地址（6字节=48位）
- 源MAC：发送方 MAC 地址
- 类型：上层协议类型（0x0800=IP, 0x0806=ARP）
- 数据：网络层分组（46~1500字节）
- FCS：CRC-32 校验序列

MAC 地址

格式：6字节（48位），通常写为12个十六进制数，例：00-1A-2B-3C-4D-5E
类型：
- 单播：第一字节最低位为 0
- 组播：第一字节最低位为 1
- 广播：FF-FF-FF-FF-FF-FF
全局唯一：IEEE 分配前3字节（OUI），厂商分配后3字节

帧长度约束

最小帧长：64字节（目的6+源6+类型2+数据46+FCS4）
最大帧长：1518字节（目的6+源6+类型2+数据1500+FCS4）
数据字段：最小 46B（不足时填充 PAD）；最大 1500B（MTU）
为什么最小 64 字节？保证在最大网络直径下，发送方能在发送完帧前检测到冲突

以太网工作方式 ▾

共享式以太网（集线器）

- 使用 CSMA/CD
- 所有站点在同一冲突域
- 半双工通信
- 带宽共享

交换式以太网（交换机）

- 每个端口独立冲突域
- 全双工通信（不需要 CSMA/CD）
- MAC 地址表学习
- 帧的存储转发 / 直通转发

以太网的特点 ▾

特性说明
无连接发送前不需要建立连接
不可靠不保证帧一定到达（CRC 检错后丢弃，不重传）
曼彻斯特编码10Mbps 以太网使用
星形拓扑现代以太网以交换机为中心

常见考法 ▾

考点说明
MAC 帧格式各字段名称、长度、作用
最小帧长 64B 原因保证 CSMA/CD 检测冲突
MAC 地址格式48 位，单播 / 组播 / 广播
数据字段长度46~1500 字节，不足 46B 需填充
以太网服务类型无连接、不可靠

易错点 ▾

注意
  • 以太网不提供可靠传输，CRC 检错后直接丢弃错误帧
  • 最小帧长 64B 对应 CSMA/CD 要求，交换式全双工不需要
  • MAC 帧没有帧开始定界符（用前导码 + 帧开始定界符实现）
  • 前导码（7B）和帧开始定界符（1B）不计入帧长
  • 数据字段不足 46B 时需填充，IP 层据 IP 头长度字段去除填充

核心结论 ▾

必背
  1. 以太网是最主流局域网技术，采用 MAC 帧格式
  2. 最小帧长 64B，最大帧长 1518B（不含前导码）
  3. 以太网提供无连接不可靠服务
  4. 现代以太网用交换机，全双工，不需要 CSMA/CD

记忆卡片 ▾

以太网最小帧长？为什么？
64 字节；保证 CSMA/CD 能在发送完前检测到冲突。
MAC 帧数据字段长度范围？
46~1500 字节（不足 46B 需填充，超 1500B 需分片）。
以太网提供可靠传输吗？
不提供，CRC 检错后直接丢弃错误帧。
MAC 地址多少位？格式？
48 位（6 字节），如 00-1A-2B-3C-4D-5E。

图示 · MAC 帧结构 ▾

目的MAC6B 源MAC6B 类型2B 数据46~1500B FCS4B 不计入帧长：前导码(7B) + 帧开始定界符(1B) 最小帧 64B = 6+6+2+46+4 ｜ 最大帧 1518B
图：以太网 MAC 帧由 5 个字段组成，最小 64 字节、最大 1518 字节（不含前导码）。

交互动画 · MAC 帧格式与 CSMA/CD ▾

待播放
以太网 MAC 帧格式 前导码+SF8B(不计) 目的MAC6B 源MAC6B 类型2B 数据(46~1500B)填充至 ≥46B FCS4B 最小帧 64B = 6+6+2+46+4 ｜ 最大帧 1518B(不含前导码) 主机 A发送方 主机 B竞争方 帧 帧 ✕ 冲突 检测冲突 → 停止发送 + 阻塞信号 截断二进制指数退避: 0~(2^k−1)×512 比特时间 退避后重发成功 ✓
演示以太网 MAC 帧格式与 CSMA/CD 冲突检测全过程。
先听后发;边发边听;冲突即停、退避重发。

相关知识点

ethernet-switch-principle ieee802-11-wlan bridge-and-switch

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