以太网入门:从零开始,掌握以太网基础知识!

以太网作为现代通信技术的基石,其重要性不言而喻。无论是日常网络应用,还是AI对高速大带宽网络的需求,以太网都扮演着不可或缺的角色。本文将从
零开始,带您了解以太网的基础知识,帮助您快速入门。
什么是以太网?
以太网是一种基于异步载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)协议的通信技术。它支持的有效负载大小为46-1500个八位字节,数据速率可达10Mbps、100Mbps、1000Mbps甚至更高。以太网的高数据速率使其几乎能够满足所有有线通信的需求,但通常不适用于低功耗场景。
以太网的工作原理
以太网的核心由IEEE 802.3规范定义,涵盖数据链路层和物理层协议。根据不同的应用需求,以太网可分为以下几种类型:
最大比特率:10Mbps、100Mbps、1000Mbps等。
传输模式:宽带和基带。
物理传输介质:同轴线缆、光纤和非屏蔽双绞线(UTP)等。
这些特性使以太网在不同场景下具有极高的灵活性和适应性。
常见以太网术语解析
为了更好地理解以太网技术,以下是一些常见术语的简要说明:
术语 |
定义 |
CRC |
循环冗余校验:一种校验和算法,用于计算所有以太网帧的FCS以及对接收数据包进行哈希表过滤的哈希表密钥。 |
DA |
目标地址:以太网帧的目标地址字段,共6个八位字节。 |
ESD |
流结束分隔符:在100 Mbps模式中,通过在FCS之后(帧间隔期间)传输ESD来表示帧结束。 |
FCS |
帧校验序列:以太网帧末尾的4个八位字节字段,其中包含该帧的错误检测校验和。 |
IP |
Internet协议:指IPv4或IPv6。 |
LAN |
局域网或大型区域网络。 |
MAC |
介质访问控制:负责实现以太网规范的介质访问控制功能的模块。 |
MAC地址 |
6个八位字节的标识,代表以太网节点的物理地址。每个以太网帧都包含源地址和目标地址, 两者都是MAC地址。 |
MDI |
介质相关接口或管理数据输入。 |
MDO |
管理数据输出。 |
MDIO |
管理数据输入/输出。 |
MII |
介质无关接口:MAC和PHY之间的标准4位接口,用于传输TX和RX帧数据。在10 Mbps模式 下,MII以2.5 MHz运行;在100 Mbps模式下,MII以25 MHz运行。 |
MIIM |
MII管理:用于访问PHY寄存器的MII边带信号集。 |
OUI |
组织唯一标识符:MAC地址的前三个八位字节称为OUI,通常分配给组织或公司。Microchip的OUI为00-04-A3h。 |
八位字节 |
在以太网术语中,表示一个8位字节。 |
数据包缓冲区 |
存储所有发送和接收数据包(帧)的物理或虚拟存储器。 |
PHY |
实现以太网物理层的模块。 |
RAM |
随机访问存储器(通常为易失性存储器)。 |
接收缓冲区 |
数据包缓冲区的逻辑部分,用于存储接收到的数据包。 |
RX |
接收 |
SA |
源地址:以太网帧的源地址字段,共6个八位字节。 |
SFD |
帧起始分隔符:以太网帧中用于标记帧起始的单个八位字节字段。 |
SPI |
串行外设接口。 |
SSD |
流起始分隔符:在100 Mbps以太网中,前导码的第一个八位字节称为SSD,其编码方式与前 导码的其余部分不同。 |
站地址 |
站地址是以太网节点的MAC地址。通常将该地址与接收到的以太网帧中的目标地址进行比 较,以确定是否应接收该帧。在发送端,通常将该地址作为以太网帧的源地址发送。 |
发送缓冲区 |
数据包缓冲区的逻辑部分,用于存储要发送的数据包。 |
TX |
发送。 |
RMII |
精简的介质无关接口:MII的2位版本。 |
SMII |
串行介质无关接口:MII的1位版本。 |
NRZI |
不归零反相:二进制代码,信号跳变表示逻辑1,无跳变表示逻辑0。 |
通过掌握这些术语,您可以更轻松地理解以太网的技术细节。
以太网模型与数据封装
以太网的协议栈模型是其核心架构之一。它定义了从物理层到应用层的完整通信流程。在数据传输过程中,以太网帧会按照协议栈的要求进行封装和解封装,确保数据能够准确无误地传递到目标设备。
以太网的模型,如下图示:
以下是以太网协议栈和数据封装的示意图:

总结与展望
通过本文的介绍,您已经对以太网的基础知识有了初步了解。未来,我们将进一步探讨以太网协议栈和数据封装的细节,帮助您深入掌握这一关键技术。
如果您对本文内容有任何建议或想法,欢迎在评论区留言。让我们共同努力,为中国高科技的自主可控贡献一份力量!
加油!ヾ(◍°∇°◍)ノ゙**
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2025-02-22 16:07:20
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