一、以太网的基本原理

        我们一般所说的以太网指的是由IEEE802.3规范制定的局域网协议（LAN，Local Area Network）中的CSMA/CD协议。科普一下CSMA/CD协议原理。

        CSMA/CD协议（Carrier sense multiple Access with Collision Detection），意思是说：带有检测冲突的载波侦听多路存取协议。故协议的重点就是：载波侦听、多点接入、冲突检测、、。基本原理是，每个节点共享网络传输信道，在每个站要发送数据之前，都会检测信道是否为空闲状态。如果空闲，则发送，否则就等待；在发送出信息后，则对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。

        载波侦听：在发送数据前要先确认总线上有没有数据传输。若有数据传输（总线忙），则不发送数据；若无数据传输（总线空），则立即发送准备好的数据。

        多点接入：计算机以多点接入的方式连接在同一条总线上。

        冲突检测：边发送边监听，判断是否发生冲突（同一时刻，有没有其他节点也在发送信息帧）。当冲突之后还继续发送32bits或48bits的干扰信号，让所有用户知道发生了冲突。

        目前以太网可实现的传输速率有：

            10Mbit/s：10Base-T以太网

            100Mbit/s：快速以太网

            1000Mbit/s：千兆位以太网802.3z

            10 千兆位以太网：IEEE802.2ae

        以太网协议的逻辑关系遵循OSI参考模型

          MAC子层的两个基本职能：

                数据封装：包括传输之前的帧集合和接收中、接收后的帧解析/差错监控；

                媒体访问控制：包括帧传输初始化和传输失效恢复。

二、MAC子层

        MAC子层在上层协议和以太网网络之间传输和接收数据，主要功能是为了确保以太网上每一帧数据的传输都遵循IEEE802.3规范所规定的介质存取规则。

        1.  基本帧数据格式

            IEEE802.3规范为实现MAC定义了一套基本的帧数据格式，如下图所示：

        各个字段的含义及规定如下：

• Preamble（PRE）：报头，字段中'1'和'0'交替使用，接收方通过该字段知道导入帧，并且该字段提供了同步接收物理层帧接收和导入数据流的方法。

• Start-of-frame delimiter（SFD）：帧起始分隔符，字段中'1'和'0'交替使用，结尾是两个连续的'1'，即10101011，表示下一位是目的地址的第一个字节的第一位。

• Destination Address（DA）：目的地址，用于识别需要接收帧的目的地。

• Source Address（SA）：源地址，用于识别发送帧的源地址。

• Length/Type：长度/类型，值小于1500（0x05DC），表示长度字段，IEEE802.3帧格式；值大于1500（0x05DC），表示以太网类型字段，Ethernet II 帧格式。

• Data：数据，是一组n（46≤n≤1500）字节的任意值序列。

• Pad：填充，当Data的数据不足46字节时，缺少的字节需要补上。
  

• Frame check sequence（FCS）：帧数据校验序列，该序列包括32位的循环冗余校验（CRC）值，由发送方生成，通过接收方进行计算以校验帧是否被破坏。

          2.  帧传输

            MAC层从上层协议接收到发送帧数据的请求，首先按照下面的次序将数据和地址信息保存到MAC层的帧数据缓冲区中。

• 插入报头和真起始分隔符

• 插入目的地址和源地址

• 统计来自上层协议数据的数量，插入数量值

• 插入来自上层协议的数据，如果数据量小于46字节，则插入填充补足

• 根据目的地址、源地址、长度/类型和数据产生CRC校验序列，并插入校验序列
  

    MAC发送帧数据的两种方式：


        半双工：一个时刻内只能进行发送或者接受。IEEE802.3规范规定所有的以太网MAC都要支持半双工方式。


        全双工：一个时钟内发送和接收可以同时进行。

            3.  帧接收

              帧接收过程与发送过程是相反的。

• 检查帧数据中的目的地址和当前地址是否相符

• 检查接收到的帧数据中的数据长度、CRC校验序列和实际的数据长度、CRC校验序列是否相符

• 若都符合，则将数据交给上层协议进行解析，MAC层的传输任务完成。