本文主要是基于学习《CCNA学习指南》总结网络必备的知识。
本篇章涉及以下内容：
以太网
以太网数据封装
以太网回顾？
包括以下内容：
冲突域，广播域，CSMNCD，半双工，全双工，以太网编址 ,以太网帧，以太网物理层，以太网布线 。
广播域指的是网段中的一组设备，它们侦听在该网段上发送的所有广播。广播域的边界通常为诸如交换机和路由器等物理介质，但广播域也可能是一个逻辑网段，其中每台主机都可通过数据链路层（硬件地址）广播访问其他所有主机。
冲突域是一个以太网术语，指的是这样一种网络情形，即网段上的一台设备发送分组时，该物理网段上的其他所有设备都必须侦听它。这很糟糕，因为如果同一个物理网段中的两台设备同时传输数据，将发生冲突（即两台设备的数字信号将在线路上相互干扰），导致设备必须在以后重传数据。冲突对网络性能有严重的负面影响，因此绝对要避免冲突。
CSMNCD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ，载波侦听多路访问/冲突检测) 这是一种帮助设备均衡地共享带宽的协议，可避免两台设备同时在网络介质上传输数据。 帮助最大限度地减少冲突，从而提高数据传输效率。主机想通过网络传输数据时，它首先检查线路上是否有数字信号。如果没有其他主机传输数据，该主机将开始传输数据。但到这里并非万事大吉，传输主机将持续地监视线路，确保没有其他主机开始传输。如果该主机在线路上检测到其他信号，它将发送一个扩展的拥堵信号 （jam signal），使网段上的所有节点都不再发送数据（想想电话忙音吧）。检测到拥堵信号后，其他节点将等待一段时间再尝试传输。后退算法决定了发生冲突的工作站多长时间后可重新传输，如果连续 15 次尝试都导致冲突，尝试传输的节点将超时。
以太网 LAN 中发生冲突后，将出现如下情况：
拥堵信号告诉所有设备发生了冲突；
冲突激活随机后退算法；
以太网网段中的每台设备都暂停传输，直到其后退定时器到期；
定时器到期后，所有主机的传输优先级都相同。
CSMAlCD 网络持续发生严重冲突时，将导致如下结果：
延迟；
低吞吐量；
拥塞；
半双工以太网使用 CSMA/CD 协议，以帮助防范冲突，并在发生冲突时支持重传。如果集线器与交换机相连，它必须运行在半双工模式下，因为终端必须能够检测冲突。半双工以太网的效率只有30%-40% ，因为在大型 100BaseT 网络中，通常最大传输速度只有 30 - 40 Mbit/s。
全双工以太网同时使用两对导线,与半双工以太网只使用一对导线不同 。在传输设备的发射器和接收设备的接收器之间，全双工使用一条点到点连接，这意味着使用全双工时，数据传输速度比半双工时快。你无需担心冲突，因为全双工提供了一条”多车道高速公路”，而不像半双工那样提供一条”单车道公路”。全双工以太网在两个方向的效率都为 100% 。全双工以太网可用于下面 6 种情形：交换机到主机的连接；交换机到交换机的连接；主机到主机的连接(使用交叉电缆)；交换机到路由器的连接(使用交叉电缆)；路由器到路由器的连接(使用交叉电缆)；路由器到主机的连接(使用交叉电缆) 。基本上除集线器外，其他所有设备都可在全双工模式下运行。
以太网编址 MAC (硬件)地址长 48 位 (6 B)，采用十六进制格式。
I/G (Individual/Group) 位：
值为 0 ，我们就可认为相应的地址为某台设备的 MAC 地址，很可能出现在 MAC 报头的源地址部分；
值为 1 ，我们就可认为相应的地址为以太网中的广播地址或组播地址或者令牌环和FDDI 中的广播地址或功能地址 。
G/L位(全局/本地位，也称为 U/L位)：
值为 0 ，则表示相应的地址为全局管理地址，由 IEEE 分配；
值为 1， 则表示相应的地址为本地管理地址 ；
OUI ( Organizationally Unique Identifier，组织唯一标识符)：
由 IEEE 分配给组织的，它包含 24位 (3 B)，而组织给其生产的每个网卡都分配一个唯一的( 据说如此，但不保证 ) 全局管理地址，该地址长 24 位 (3 B)。
右边 24 位为本地管理(制造商分配)的编码，特定制造商生产第一个网卡时，通常将这部分设置为 24 个 0 ，然后依次递增，直到将其生产的第 1677 216 个网卡设置为 24 个 1 。
数据链路层负责将比特合并成字节，再将字节封装成帧。在数据链路层，我们使用帧封装来自网络层的分组，以便通过特定类型的介质进行传输。
以太网帧 数据链路层负责将比特合并成字节，再将字节封装成帧。在数据链路层，我们使用帧封装来自网络层的分组，以便通过特定类型的介质进行传输。下图是以太网帧和802.3帧。
前导码交替的 0 和 1 ，在每个分组的开头提供 5 MHz 的时钟信号，让接收设备能够跟踪到来的比特流。
帧起始位置分隔符 (SFD) I同步前导码为 7B，而 SFD (同步)为 lBo SFD 的值为 10101011 ,其中最后两个 l 让接收方能够识别中间的 0 和 1 交替模式，进而同步并检测到数据开头。
目标地址 (DA) 包含一个 48 位的值，且 LSB (Least Significant Bit，最低有效位)优先。接收方根据 DA 判断到来的分组是否是发送给特定节点的。 目标地址可以是单播地址、广播地址或组播 MAC 地址。 别忘了， 广播地址全为 1 (在十六进制格式下全为 F) ， 广播发送给所有设备，而组播只发送给网络中一组类似的节点。
源地址 (SA) SA 是一个 48 位的 MAC 地址 ， 用于标识传输设备，也使用 LSB 优先格式。在 SA 字段中，不能包含广播地址或组播地址。
长度或类型 802.3 帧使用长度字段，而 Etbemet_II 帧使用类型字段标识网络层协议。 802.3不能标识上层协议，只能用于专用 LAN，如 IPX。
数据这是网络层传递给数据链路层的帧，其长度为 46-1500 B。
帧校验序列 (FCS) FCS 字段位子，用于存储 CRC (Cyclic Redundancy Check ，循环冗余校验 ) 结果的帧的帧尾 。 CRC 是一种数学算法，创建每个帧时都将运行它 。 作为接收方的主机收到帧并运行 CRC 时，其结果必须相同，否则，接收方将认为发生了错误，进而将帧丢弃。
以太网物理层 ，IEEE 对 802.3进行了扩展，制定了两个新标准: 802.3u ( 快速以太网)和 802 .3ab (使用 5 类电缆的吉比特以太网)，然后又制定了标准 802.3ae (使用光纤和同轴电缆，速度为 10 Gbitls )。
IEEE 802.3 标准：
以太网布线 有三种，直通电缆 交叉电缆 反转电缆。
(1)主机到主机。交叉电缆
(2) 主机到交换机或集线器。直通电缆
(3) 路由器到主机。交叉电缆
(4) 交换机到交换机。交叉电缆
(5) 路由器到交换机或集线器。直通电缆
(6) 集线器到集线器。交叉电缆
(7) 集线器到交换机。交叉电缆
(8) 主机到路由器的控制台串行通信 (COM) 端口。 反转电缆
二进制和十进制和十六进制转换？
| 半字节（4位） | 字节（8位） |
|---|---|
| 8 4 2 1 | 128 64 32 16 8 4 2 1 |
二进制转十进制
10010110: 128+16+4+2=150
十六进制转二进制
0x6A : 6 =0110 A=1010 即为01101010
二进制转十六进制
11001101 : 1100=12 1101=13 即为0xCD
数据封装？
为通信和交换信息，每层都使用 PDU ( Protocol Data Unit，协议数据单元 )0 PDU包含在模型每一层
给数据添加的控制信息。这些控制信息通常被添加在数据字段前面的报头中，但也可能被添加在报尾中。
OSI 模型每一层都对数据进行封装来形成 PDU ， PDU 的名称随报头提供的信息而异。这些 PDU
信息仅在接收设备的对等层被读取，然后被剥离，然后数据被交给下一层。
封装过程如下：
(1) 用户信息被转换为数据，以便通过网络传输；
(2) 数据被转换为数据段，并在发送主机和接收主机之间建立一条可靠的连接；
(3) 数据段被转换为分组或数据报，并在报头中加入逻辑地址，使得能够在互联网络中路由分组；
(4) 分组或数据报被转换为帧，以便在本地网络中传输。使用硬件(以太网)地址来唯一地标识本地网络中的主机；
(5) 帧被转换为比特，并使用数字编码和时钟同步方案 ；
解释上述过程如下：
事实上由上层将数据流交给传输层。作为技术人员，我们并不关心数据流来自何方。我们的职责是，在接收设备处可靠地重建数据流，并将其交给上层。 使用面向连接的协议(即 TCP) 时，传输层将数据流转换为数据段，并创建一条虚电路以建立可靠的会话。 接下来，它对每个数据段进行编号，并使用确认和流量控制。如果你使用的是 TCP，虚电路将由源端口号和目标端口号以及源 IP 地址和目标 P 地址(称为套接字)标识。别忘了，主机只能使用不小于 1024 的端口号( 0-1023 为知名端口号)。目标端口号标识了上层进程(应用程序)，在接收主机可靠地重建数据流后，数据流将被交给该进程(应用程序)。
问与答？
以太网帧包含哪些字段？
源 MAC 地址、目标 MAC 地址、标识网络层协议的以太类型( Ether-Type )、数据以及存储 CRC 结果的 FCS
