第三章 数据链路层

3.1 数据链路层的几个基本概念

数据发送模型

数据链路层主要的两种信号类型

• 点对点信号：这种信道使用一对一的点对点通信方式；
• 广播信道：这种信道使用一对多的广播方式，因此过程比较复杂。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。

链路与数据链路

链路（link）：是一条点到点的物理线路段，中间没有其他的节点。

• 一条链路只是一条通路的一个组成部分（一条网线就相当于一条链路）。

数据链路（data link）：除了物理线路外，还必须有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连路上，就构成了数据链路。

• 现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件；
• 一般的是适配器（即网卡）都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

帧

数据链路层传输的是帧。常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上上传输的数据单位是帧。

3.2 数据链路层要解决的三个基本问题

1. 封装成帧；
2. 透明传输；
3. 差错控制。

封装成帧

• 封装成帧（framing）就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限；
• 首部和尾部的一个重要作用就是进线帧的定界。

1. 帧的数据部分以太网规定了小于1500字节；
2. 如果帧还未发送完成，发送端出现了问题那么只能重新发送。接收端确只能收到“半截子帧”，那么此时数据没有帧结束字符的话，接收端会将该帧丢弃。

透明传输

​ 若传输的数据时ASCII码中“可打印字符（共95个）”集时，一切正常；

​ 若传输的数据不是仅有“可打印字符”组成是，就会出现问题，如下图：

上图中，在数据部分出现了EOT结束字符，那到该字符就默认结束了，后面的字符就会被丢弃；

​ 为了解决这问题，发送端的数据链路层在数据出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个“ESC”（其16进制编码为1B）。

​ 字节填充（byte stuffing)或者字符填充（character stuffing）——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

​ 如果转移字符在也出现在哎数据当中，那么应在转义字符前面再插入一个转移字符。当接收端收到连续两个转义字符时，就会删除其中前面的一个转义字符。

差错控制

​ 传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0，而也可能变成1。
​ 在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER(Bit Error Rate)。误码率与信噪比有很大的关系为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。

循环冗余检验 CRC

​ 在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环同于检验CRC的技术。

​ 在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。假设待传输的一组数据M=101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。

冗余码的计算

• 用二进制的模 2 运算进行 $2^n$ 乘以 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个0；
• 得到的 （k + n）位的数除以事先选定好的长度为（n+1）位的除数 P，得到的商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 少 1 位，即 R 是 n 位。

1. 除数 P 是由数据链路层的网卡自动协商，不需要用户关心；
2. 选择的校验的位数是随机的，越长计算越麻烦；

帧检验序列FCS

在数据后面添加上冗余码称为帧检验序列FCS。

循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。

• CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码；
• FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并不是用来获得FCS的唯一方法；

接收端对发送端的每一帧进行CRC检验

检验：

• 若得出的余数 R=0，则判定这个帧没有差错，就接受；
• 若余数 R≠0，则判定这个帧差错，就丢弃。

特点：

• 但这种检测放大并不能确定究竟是哪一位或者那几个比特出现差错；
• 只要经过严格的挑选，并使用足够多的除数 P，那么出现测不到的差错的概率就很小很小。

小结

CRC差错检测技术只能做到无差错接受。

• "无差错接受"是指：凡是接受（即不丢弃的帧），我们以非常接近于1的概率认为这些帧在传输的过程中没有产生差错。也就是说：凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错（有差错的直接丢弃）。如果要做到可靠传输（即发送什么接收什么）就必须加上确认和重传；
• 可以说CRC是一种无比特差错，而不是无传输差错的检测机制；
• OSI.RM模型的观点：数据链路层要做到无传输差错的，但是这种历练目前未被接受。

3.3 两种情况下的数据链路层

点到点信道的数据链路层

PPP协议的组成

1. 数据链路层协议可以用于异步串行或同步串行介质；
2. 它使用LCP（链路层控制协议）建立并维护数据链路连接；
   • 该协议负责身份验证，只有验证成功网络层协议才能使用，协商IP地址等；
3. 网络控制协议（NCP）允许在点到点连接上使用多种网络层协议

PPP协议应该满足的要求

• 简单——这是首要要求
• 封装成帧
• 透明性
• 多种网络层协议
• 多种类型链路
• 差错检测
• 检测连接状态——比如拨号上网时欠费了会弹出一个错误码
• 最大传送单元——一般不超过1500字节
• 网络层地址协商
• 数据压缩协商

PPP协议应该不满足的要求（常见）

• 纠错

• 流量控制

• 序号

• 多点线路

• 半双工或单工链路

  …

PPP协议帧格式

第二个字节是FF表示目标地址，由于PPP协议是点对点的通信，所以目标地址是FF。

PPP协议透明传输

字节填充

问题：信息字段中出现了标志字段的值，可能被误认为是“标志符”怎么办？

• 将信息字段中出现的每个0x7E字节转变为两个字节序列0x7D和0x5E；
• 若信息字段中出现一个0x7D的字节，则将其转变为2字节序列0x7D和0x5D；
• 若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。

零比特填充法

​ PPP协议用在SONET/SDH链路时，是使用同步传输比特流。这时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。

​ 在发送端，只要发现有5个连续的1，则在后面立即填入一个0。接收端对帧中的比特流进行扫描，每当发现5个连续的1时，就把这5个1后面的一个0删除。

为什么5个1后填0？

​ PPP协议的开头和结尾都是用字符串’‘F’'对应的十六进制为0X7E，二进制为01111110，如果信息部分也出现01111110会让接收方误认为是帧开始，那么此时后再连续5个1后面加个0避免上述问题。

PPP协议工作状态

​ 当用户拨号进入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。

​ PC机相路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧）。这些分组及其响应选择一些PPP参数，和进行网络层配置，NCP给新接入的PC极分配一个临时P地址，使PC机成为因特网上的一个主机。

​ 通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放数据链路层的连接，最后释放的是物理层的连接。

广播信道的数据链路层

网络拓扑

总线网需要加终端电阻用于吸收能量，防止信号反射。如果不吸收反射信号会造成干扰；

局域网的优点

局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且在地理范围和节点数目均有限。

局域网具有如下的一些主要优点：

• 具有广播功能，从一个站点可很方便低访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
• 便于系统的扩展和逐渐低演变，个设备的位置灵活调整和改变；
• 提高了系统发热可靠性、可用性和生存性。

共享通信媒体

静态划分信道

• 频分复用

• 时分复用

• 波分复用

• 码分复用

动态媒体截图控制（多点接入）

• 随机接入（主要被以太网采用！）
• 受控接入，如多点线路探寻（polling），或轮询。（目前已不被采用）

认识以太网

​ 最初的以太网是将许多计算机连击到一根总线上。当初认为这样的连接方式既简单有可靠，因为总线上没有有源器件。

1. 一台发送数据其他设备也否能接收到，只有计算机的地址和数据帧首部写入的地址一致才会接收这个数据帧，如果不是自己的就会丢弃；
2. 具有广播性发热总线上实现了一对一通信；
3. 弊端就是可以在其他计算机上安装抓包工具可看到别人的数据不安全。

载波监听多点接入/碰撞检测（CSMA/CD）

以太网使用CSMA/CD（Carrier Senser Muiltiple Access with Collision Detection）协议。

“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

“载波监听”是指每一个站在发送数据之前要先检测一下总线上是否有其他计算在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。“载波监听”就是用电子技术检测总线有没有其他计算机发送的数据信号。

碰撞检测

检测到碰撞时

“碰撞检测“就是计算机变发送数据边检测信道上的信号电压大小。

• 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上发热信号电压摆动值是会增大的（相互叠加）；

• 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就会认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。

• 所谓非“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。

检测到碰撞后

• 在发生碰撞时总线上传输的信号产生了严重非失真，无法从中恢复出来有用的信息来；
• 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待等待一段岁见时间后再次发送。

碰撞示意图

信号从A但传送到B点需要的时间为 τ

1. 在检测到信号碰撞时会停止发送；
2. 检测到碰撞的最大时间为2τ。

CSMA/CD重要特性

• 使用CSMA/CD协议的以太网不能尽心全双工通信而只能进行半双工通信；
• 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞发热可能性。这种发送的不确定性使整个以太网发热平均通信量远小于以太网发热最高数据率。

争用期

​ 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后之多经过2τ（两倍的端到端往返时延）就可知道发送发送的数据帧是否遭到了碰撞。经过争用期这段时间还没有加测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

以太网争用期：

• 以太网的端到端往返时延2τ称为争用期，或者碰撞窗口。通常，取51.2μs为争用期的长度；
• 对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节；
• 以太网在发送数据时，若前64字节未发生碰撞冲突，则后续的数据就不会发生冲突；
• 由于已检测到冲突就立即终止发送，这是已经发送出去发热数据就一定小于64字节；
• 以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节发热帧都是由于冲突而异常中中止发热无效帧。

二进制指数类型退避算法

发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间再发送数据

• 确定基本的退避时间，一般为争用期2τ；

• 定义参数 k，

  K = Min[重传次数， 10]

• 从整数集合[0, 1, ···, ($2^k$-1)]中随机地取出一个数，记为 r。

  重装所需的延迟就是 r 倍的基本退避时间。

• 当重传达到16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向上层报告。

3.4 以太局域网（以太网）

概述

以太网的两个标准

• DIX Ethernet V2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约；
• IEEE的802.3标准。

​ DIX Ethernet V2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。

​ 严格来说，“以太网”应当是指符合DIX Ethernet V2标准的局域网。

以太网与数据链路层

​ 为了使数据链路层能更好地使用多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成了两个子层：

• 逻辑链路控制LLC（Logic Link Control）子层；
• 媒体接入控制MAC（Medium Access Control）子层。

​ 与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明发的。

​ 由于TCP/IP体系经常使用的基于我是那个是DIX Ethernet V2而不是802.3标准中的几种局域网是DIX Ethernet V2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制订的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。很过厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。

以太网提供的服务

​ 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当接受站收到有差错的数据帧时就会丢弃，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。如果高层发现了丢了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当做一个新发热数据帧来发送。

拓扑

星型拓扑

​ 传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演变到使用比较便宜发热细同轴电缆，最后发展为使用更便宜好人灵活发热双绞线。不使用电缆而使用无屏蔽双绞线。

​ 每个站需要使用两对双绞线，分别用于发送和接收。

​ 这种以太网采用星型拓扑，在星型的中心则增加了一种可靠性非常高发热设备叫做集线器（hub）。

集线器

​ 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线发的工作，因此整个系统就是传统的以太网那样运行。集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。

​ 使用集线器的以太网字逻辑上仍然是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。

​ 集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。

集线器的内部电路

1. 现在集线器已经基本被淘汰了；
2. 集线器是半双工的；
3. 一般集线器连接的设备不宜超过30。

信道利用率

以太网的信道被占用的情况

争用期时长为2τ，即端到端传播速率为C(b/s)，因而帧的发送时长为L/C=$T_0$(s)。

一个帧从开始发送，经过可能发生的碰撞后，将再重传次数，到发送成功且信道转为空闲（即再经过时间 τ 使得信道上无信号在传播）时为止，是发送一帧所需的平均时间。

以太网的信道利用率$a$

• 要提高以太网的信道利用率，就必须减小 τ 与 $T_0$ 之比。参数 $a$，它是以太网单程端到端时延 τ 与帧的发送时间 $T_0$ 之比：$a=\frac{\tau }{T_0}$

• $a$ → 0表示一发生碰撞就立刻可以检测出来，并立即停止发发送，因而信道利用就很高；

• $a$ 越大，表明争用期所占用的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。

以太网的信道利用率最大值$S_{max}$

对以太网的要求

• 当数据率一定时，以太网的连线的长度收到限制，否则 τ 的数值就会太大；
• 以太网的帧不能太短，否则 $T_0$ 的值就会太小，使 $a$值太大。

信道利用率的最大值

• 在理想化的状况下，以太网的各个站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是CSMA/CD，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某个站立即发送数据；
• 发送一帧占用线路的时间是 $T_0+\tau$ 而是帧本身的发送时间是 $T_0$。于是我们可以计算出理想情况下的极限信道利用率$S_{max}$为：$S_{max}=\frac{T_0}{T_0+\tau }=\frac{1}{1+a}$

MAC层

硬件地址（MAC地址）

在局域网中，硬件地址又称物理地址，或MAC地址。802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或者“标识符”。但鉴于大家都早已习惯了将这种48位的“名字”称之为“地址”，这种说法并不严格。

• IEEE的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节（即高24位）；
• 地址字段的后三个字节（即低24位）有厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产的适配器没有重复的地址；
• 一个地址块可以的生成$2^{24}$个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48，它的通用名称是EUI-48；
• “MAC地址”实际上就是适配器地址或者适配器标识符EUI-48。

适配器检查MAC地址

适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC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，不在进行其他处理。

“发往本站的帧”包括以下三种帧：

1. 单播（unicast）帧，一对一；
2. 广播（broadcast）帧，一对全体，MAC地址全F；
3. 多播（multicast）帧，一对多。

MAC帧格式

常用的以太网MAC帧格式有两种标准：

• DIX Ethernet V2 标准；
• IEEE 的 802.3标准。

常用的MAC帧是以太网 V2 的格式。

• 目的地址指的是目的MAC地址；
• 源地址指的是源MAC地址；
• MAC地址帧是没有结束码的，因为该帧使用的是曼彻斯特编码，末尾没有电压的跳变是说明没有电压了，传输结束。

无效的MAC帧

• 帧的长度不是整数字节；
• 用收到的帧检验序列FCS查出有差错；
• 数据字段长度不在46-1500字节之间；
• 有效的MAC帧长度不在64-1518字节之间；

对于检查出的无效的MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。

帧最小间隔

​ **帧最小间隔为9.6μs，相当于96bit的发送时间。**一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6μs才能再次发送数据。这样做是为了是刚刚收到数据帧的站接收缓存来的及处理，做还接收下一帧的准备。

计算机MAC地址修改

• 修改的并不是网卡的MAC地址，只是在通信时使用修改后的MAC地址；
• 修改的MAC地址中间不要加中横杠；
  

3.5 扩展以太网

在物理层上考虑扩展

• 主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器
  

• 使用集线器扩展局域网

  • 优点
    • 使原来属于不同碰撞域的的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信；
    • 扩大了局域网覆盖的地理范围。
  • 缺点
    • 碰撞域增大了，但是总的吞吐量并未提高；
    • 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互联起来。
    • 

在数据链路层扩展

​ 在数据链路层扩展局域网是使用网桥。

​ 网桥是工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，
并不是向所有的接口转发此帧，而是通过线检查此帧的目的 MAC 地址，然后在确定将该帧转到哪一个接口。

网桥的内部结构

使用网桥扩展以太网

网桥的有点和缺点

优点：

• 过滤通信量；
• 扩大物理范围；
• 提高可靠性；
• 可互连不同物理层、不同 MAC 子层好人不同速率（入10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。

缺点：

• 存储转发增加了时延；
• 在 MAC 子层并没有流量控制功能；
• 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大；
• 王南桥值适合用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会还远因转发传播过多的广播信息而产生网络拥堵。这就是所谓的广播风暴。

透明网桥

​ 目前使用组多的网桥是透明网桥（transparent bridge）。“透明“是指局域网上的站点并不知道所有发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。

​ 透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE802.1D。

自学习算法

按照一下自学习方法处理收到的帧和建立转发表

• 若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可以把一个帧传送到 A；

• 网桥每收到一个帧，就记下器源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目；

• 在建立转发表时是把帧首部中的原地址写在“地址”这一栏的下面；

• 在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当做目的地址，而把记下的进入接口当做转发接口。

​ 在网桥中的转发表中写入的信息除了MAC地址和接口外，还有帧进入网桥的时间。

​ 这是因为以太网的拓扑可能经常发生变化，站点也可能会跟换适配器（这就改变了站点的地址）。另外，以太网上的工作站并非是接通电源的。

​ 把每个帧到达网桥的时间登记下来，就可以在转发表中只保留网络拓扑的最新状态信息。这样就使得网桥中的转发表能反应当前网络的最新拓扑状态。

自学习和帧转发

​ 网桥接收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。如果有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入接口和时间）。如果有，则把原有的项目进行更新。

​ 转发帧。查找转发表中与收到的帧的目的地址有无相匹配的项目。

• 如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）进行转发；
• 如有，则按转发表中给出的接口进行转发；
• 若转发表中给出的接口就是该帧进去网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。

生成树算法

透明网桥使用了生成树算法，这时为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。

下图为环网示意图：

如果有广播在发送时广播帧就会网络中不断的兜圈子形成网络风暴；

​ 互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集。在这个子集里，整个连通的网络中不存在回路，即在任何两个站之间只有一条路径。

​ 为了避免产生转发帧在网络中不断的兜圈子。

​ 为了得出能够反应网络拓扑发生变化时的生成树，在生成树上的根网桥没个一段时间还要对生成树的拓扑进行更新。

1. 首先选择根节点，一般是MAC地址较小的；
2. 每个非根节点选择一个根端口，接该交换机哪个端口离根节点最近就是根端口。比如 C 交换机 E0 端口直接连在了根节点上，而 E1 端口还要经过 A 交换机，所以对于 C 交换机的根端口就是 E0 端口；
3. 选择指定端口，即除了根端口哪个端口的端口的带宽大就就为指定端口。比如A交换机的 E4 端口交换机的带宽是1000M，而 C 交换的E1端口的带宽为100M，所以 A 交换机的E4端口就为指定端口，而 C 交换机的 E1 端口就为非指定端口。

注意：非指定端口（NP）相当于网线被拔掉了，不进行数据转发。

3.6 虚拟局域网

LAN和VLAN

LAN（局域网）指的是有交换机或者集线器组成的网络。

VLAN（虚拟局域网）是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

• 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，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。

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。

示例：

1. 连在一个交换机上的就是一个局域网，但如果按照部门划分网段就会用到VLAN；
2. 只有划分到一个VLAN的主机才能彼此PING通，如果不在一个VLAN里即使IP在一个网段也PING不通；
3. 一个VLAN = 一个广播域 = 逻辑网段。

VLAN特点：

• 分段；
• 灵活性；
• 安全性；

跨交换机的VLAN

问题：如果VLAN里的设备是跨交换机的，需要怎么跨交换机通信？

交换机的端口类型有两种：

1. 访问端口（Access port）：访问端口只能属于某一个VLAN，它只能承载某一个VLAN的流量，连接访问端口的链路称为访问链路；
2. 中继端口：中继端口能够同时承载多个VLAN的流量，连接中继端口的链路称为干道链路。数据帧进入干道链路时需要添加帧标记（或称为VLAN ID），离开干道链路时去掉帧标记，这个过程对于计算机来说是透明的。

3.7 高速以太网

100BASE-T

​ 速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高速以太网。在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，仍然使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。 100BASE-T 以太网又称为快速以太网（Fast Ethernet）。

100BASE-T 以太网的物理层：

• 100BASE-T：使用 2 对 UTP 5类或屏蔽双绞线 STP；
• 100BASE-FX：使用 2 对光纤；
• 100BASE-T4：使用 4 对 UTP 3 类或 5 类线。

特点：

​ 可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议。MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。保持最短帧长度不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。帧间时间间隔从原来的 9.6 μs 改为现在的 0.96 μs。

之所以能够同时收发，是因为交换有存储转发功能，数据可以在交换机中排队

吉比特以太网

• 允许在1 Gb/s 下全双工和半双工两种工作方式；
• 使用 802.3 协议规定的帧格式；
• 在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议（全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协议）；
• 与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容；
• 当吉比特以太网工作在全双工方式时（即通信双方同时进行发送和棘手数据）， 不使用载波延伸和分组突发。

吉比特物理层：

1000BASE-X 基于光纤通道的物理层：

• 1000BASE-SX，SX表示短波长；

• 1000BASE-LX，LX表示长波长；

• 1000BASE-CX，CX表示铜线。

1000BASE-T：

• 使用 4 对 5类 UTP；

吉比特以太网配置举例

10 吉比特以太网

• 10 吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s，1 Gb/s以太网的帧格式完全相同；
• 10 吉比特以太网还保留了 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级；
• 10 吉比特以太网不在使用铜线而使用光纤作为传输媒介；
• 10 吉别特以太网只工作在全双工，因而没有争用问题，也不实用 CSMA/CD 协议。

组网的三层模型

以太网接入到核心层交换机