来源：顺络电子

以太网的帧格式与 IP（Internet Protocol，网际协议） 是一致的，特别适合于传输 IP 数据。由于具有简单方便、价格低、速度快等优点，以太网已经成为当前应用最普遍的局域网技术。自80年代以来，经过一系列的演进，以太网支持了现在的高比特速率和长距离传输网络。本文主要介绍一些与以太网有关的基础知识和概念，希望对读者了解以太网起到指引入门的作用。

 OSI模型
网络通信是一个复杂的过程，为了更加容易地理解网络通信涉及的功能和过程，行业内人士通常使用参考模型来进行交流，其中，开放式系统互联（open systems interconnection, OSI）模型是最广为人知的网络参考模型。注意，许多专业人士在提及层的时候更习惯于说编号而非层的名字，所以同时记住层编号和名字在了解OSI模型时是很必要的。


图1 OSI模型中的数据流动
以太网是IEEE 802.2和802.3标准中定义的一系列联网技术，内容主要是关于第1层即物理层，和第2层即数据链路层的下半层——MAC（介质访问控制）子层。以太网是目前使用最广泛的LAN技术且支持从10Mbit/s到10Gbit/s的数据带宽。

 以太网的发展历史
以太网（Ethernet）是在 20 世纪 70 年代研制开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波侦听多路访问和冲突检测(Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detect，CSMA/CD )机制，数据传输速率达到 10Mbit/s 。但是如今以太网更多的被用来指各种采用 CSMA/CD 技术的局域网，它不是指某一个具体的网络，而是一种技术规范。
以太网最初是由XEROX公司研制而成的，并且在1980年由数据设备公司DEC(Digial Equipment Corporation)、Intel公司和XEROX公司共同使之规范成形。1985年，电气电子工程师协会（IEEE）标准委员会发布了第一个10Mbit/s网络系统标准，这些标准以数字802开头。其中，以太网标准是802.3。为了确保与OSI模型的兼容，IEEE 802.3主要对OSI的第1层和第2层的下半部分进行了规范。这些标准包含了MAC如何进行数据帧封装，如何控制数据在介质中传送，如何与上层服务进行连接；对物理层如何编码数据比特，物理介质的物理、电气、机械特性及设备之间的连接等内容进行了规范。
为了满足不断提升的数据传输速率要求，新的技术也不断被开发出来以提升以太网的性能，以太网最主要的两次发展是从10Mbit/s到100Mbit/s以及LAN交换机的出现，这两次发展几乎同时发生，成为了现在以太网的基础。

 以太网802.3标准
现今世界上采用最广泛的Internet协议组是TCP/IP协议。这是定义多台相同或不同类型的计算机进行信息交换的一套通信协议，包括TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）与IP（Internet Protocol 网际协议）两个协议，同时还包含了与这两个协议相关的其它协议及网络应用，如用户数据协议（UDP）、地址转化协议（ARP）和互联网控制报文协议（ICMP）等。而由于TCP/IP的底层物理网络多数使用以太网协议，因此，以太网+TCP/IP成为IT行业中应用最普遍的网络技术。
1983年，IEEE 802委员会以美国Xerox、Digital、Intel公司提交的IDX Ethernet V2为基础，推出了IEEE 802.3协议标准。“以太网”严格意义上指的是符合IDX Ethernet V2标准的局域网，但由于两者差别很小，所以也常将 802.3 标准局域网简称为“以太网”。下表为常见的802.3以太网标准：

 以太网的物理层(PHY)
位于OSI模型最底层，也即第1层的物理层，通常被称作PHY。OSI模型中其他层主要是运行软件中的指令执行逻辑功能，物理层则有很大不同。物理层将代表数据链路层的比特编码为信号并通过物理介质——铜缆、光线或无线介质——传输和接收这些信号，物理介质将产生电压、光或无线电信号进行信号传播。物理层（也包括部分的数据链路层）规范定义了硬件的规范，包括电路，介质和连接器。
物理层常见介质：


图2 UTP与STP线缆

 以太网的类型
现在常说的标准以太网、快速以太网、吉比特以太网与10吉以太网之间的差异主要在于物理层，遵守IEEE 802.3标准。物理层规范是由电气和通信组织而不是软件工程师定义的。其中一些有名的组织为：
✦国际标准化组织ISO （OSI模型）
✦电气电子工程师协会IEEE （802.3系列标准）
✦美国国家标准学会ANSI
✦国际电信联盟ITU
✦电子工业联盟/电信工业协会EIA/TIA （UTP线缆标准）
✦国有电信机构，例如美国联邦通信委员会FCC （电磁兼容标准）
目前通过光缆和双绞线电缆两种介质连接的以太网定义了4类数据速率：

 以太网的革新
以太网革新不只包括速度的提升和新介质系统的采用，还包括新特性的出现。例如，1997 年全双工以太网的标准化使两个设备可以进行全双工链路连接，同步收发数据，从而使 10 Gbit/s 的线路最高可实现 20 Gbit/s 的数据吞吐量。自动协商标准作为双绞线以太网的补充，通过支持切换端口和连接这些端口的计算机来判断这些设备是否支持全双工模式，并在支持的情况下自动选择全双工摸式，同时自动设置双方设备都可达到的最大速率。
另外一个革新是以太网供电（Power Over Ethernet , PoE）标准。以太网供电POE是一种允许在以太网线双绞线上同时传输数据和电能的技术，该技术作为IEEE标准802.3af在2003年6月得到了批准。PoE技术使得以太网双绞线在传输数据包的同时可以向远端(100m)的网络设备提供大约13 W的功率.这就意味着像电话、无线接入点、IP网络照相机这样的网络设备可以不再需要本地的交流电源就能获得电能而正常工作；同时使得这些设备的安装和维护比较方便和灵活；并且由于无需考虑设备的供电问题.因此有效地降低了网络基础建设的成本。这个标准用支持在以太网线路传输数据的同时为连接到交换机的设备供电，已经成为部署连接以太网交换机端口的无线接入点时广泛采用的方法。