数据链路层 | Dors.

使用广播信道的数据链路层

广播信道可以进行一对多的通信。20 世纪 70 年代末发展起来的局域网使用的就是广播信道。局域网技术在计算机网络中占有非常重要的地位。

局域网的数据链路层

局域网最主要的特点是：

网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
起初比广域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。但随着光纤技术在广域网中普遍使用，现在广域网也具有很高的数据率和很低的误码率。

局域网主要优点：

具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。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演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
提高了系统的可靠性(reliability)、可用性(availability)和生存性(survivability)。

局域网可按网络拓扑进行分类。

星形网。由于集线器(hub)的出现和双绞线大量用于局域网中，星形以太网以及多级星形结构的以太网获得了非常广泛的应用。
环形网，
总线网，各站直接连在总线上。总线两端的匹配电阻吸收在总线上传播的电磁波信号的能量，避免在总线上产生有害的电磁波反射。

总线网以传统以太网最为著名。局域网经过了四十年的发展，尤其是在快速以太网(100 Mbit/s)和吉比特以太网(1 Gbit/s)、10 吉比特以太网(10 Gbit/s)相继进入市场后，以太网已经在局域网市场中占据了绝对优势。现在以太网几乎成为了局域网的同义词。

局域网工作的层次跨越了数据链路层和物理层。有关数据链路层的内容比较丰富，因此把局域网的内容放在数据链路层这一章中讨论。

共享信道要着重考虑的一个问题就是如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源。在技术上有两种方法：

方法	描述
静态划分信道	时分复用、波分复用和码分复用等。用户只要分配到了信道就不会和其他用户发生冲突。但代价较高，不适合于局域网使用。
动态媒体接入控制	又称为多点接入(multiple access)，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。随机接入。所有的用户可随机地发送信息。但如果有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就要产生碰撞。因此，必须有解决碰撞的网络协议。受控接入。用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询(polling)，或称为轮询。

方法

描述

静态划分信道

时分复用、波分复用和码分复用等。用户只要分配到了信道就不会和其他用户发生冲突。但代价较高，不适合于局域网使用。

动态媒体接入控制

又称为多点接入(multiple access)，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。

随机接入 。所有的用户可随机地发送信息。但如果有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就要产生碰撞。因此，必须有解决碰撞的网络协议。
受控接入 。用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询(polling)，或称为轮询。

以太网使用随机接入，受控接入则目前在局域网中使用得较少。

由于以太网的数据率已演进到每秒吉比特或甚至高达 100 吉比特，因此通常就用“传统以太网”来表示最早流行的 10 Mbit/s 速率的以太网。为了讨论原理，以下从传统以太网开始。

适配器的作用

计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器(adapter)进行的。其本来是在主机箱内插入的一块网络接口板，又称为网络接口卡 NIC (Network Interface Card)或简称为“网卡”。现在计算机主板上都已经嵌入了这种适配器，不再使用单独的网卡了，其上面装有处理器和存储器（包括RAM 和 ROM）。

适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的 I/O 总线以并行传输方式进行的。因此，适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。
由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。
在主板上插入适配器时，还必须把设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。由驱动程序告诉适配器从存储器的什么位置上把多长的数据块发送到局域网，或者应当在存储器的什么位置上把局域网传送过来的数据块存储下来。
适配器还要能够实现以太网协议。

CSMA/CD 协议

最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这种连接方法既简单又可靠，因为在那个时代普遍认为：“有源器件不可靠，而无源的电缆线才是最可靠的”。

总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机→ 人们也常把局域网上的计算机称为“主机”、“工作站”、“站点”或“站”都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。

在具有广播特性的总线上就实现了一对一的通信：可以使每一台计算机的适配器拥有一个与其他适配器都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。仅当数据帧中的目的地址与适配器 ROM 中存放的硬件地址一致时，适配器才能接收这个数据帧，对不是发送给自己的数据帧就丢弃。

为了通信的简便，以太网采取了以下两种措施：

采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做可以使以太网工作起来非常简单。因此，以太网提供的服务是尽最大努力的交付，即不可靠的交付。当目的站收到有差错的数据帧时（例如，用 CRC 查出有差错），就把帧丢弃。是否重传则由高层来决定。
- 例如，如果高层使用 TCP 协议，那么经过一定的时间后，TCP 就把这些数据重新传递给以太网进行重传。但以太网并不知道这是重传帧，而是当作新的数据帧来发送。
以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码的信号。
- 二进制基带数字信号通常就是高、低电压交替出现的信号。当出现一长串的连 1 或连 0 时，接收端就无法从收到的比特流中提取位同步（即比特同步）信号。
- 曼彻斯特编码把每一个码元再分成两个相等的间隔。码元 1 是前一个间隔为低电压而后一个间隔为高电压。码元 0 则相反。这样就保证了在每一个码元的正中间出现一次电压的转换，而接收端就利用这种电压的转换很方便地把位同步信号提取出来。缺点是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。

总线在同一时间只能允许一台计算机发送数据，即使用 CSMA/CD 协议的以太网进行的是双向交替通信（半双工通信）。以太网采用最简单的随机接入，并通过 CSMA/CD协议，即 载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 来协调总线上各计算机的工作。减少冲突发生的概率。

CSMA/CD 协议要点

要点	描述
多点接入	网络是总线型的，多台计算机通过总线连接。
载波监听	使用电子技术检测总线（信道）上是否有其他计算机正在发送数据。必须要等到信道变为空闲时才能发送。
碰撞检测	适配器在发送数据的同时检测是否发生碰撞。发现碰撞时，其适配器立即停止发送，等待一段随机时间后再次发送。以免浪费网络资源。

争用期

碰撞发生原因：电磁波在总线上总是以有限的速率传播的→ 电磁波在 1km 电缆的传播时延约为 5µs。若A发出数据后经过 τ-δ (小于τ)，B 发送自己的帧，则必然发生碰撞。总线上的单程端到端传播时延记为τ，则发送站得知所发送帧是否遭受碰撞的最迟时间为 2τ ，称为争用期(contention period)，或碰撞窗口(collision window)。经过争用期还没有检测到碰撞，就可以把这一帧数据顺利发送完毕。10 Mbit/s 以太网具体的争用期时间是 51.2 µs，这相当于以太网的最大端到端长度约为 5 .12 km。

\frac{2\times5.12km}{2^\times{10}^8m/s} = 51.2 µs

实际上以太网覆盖范围没有 5km 这样大。51.2 µs 的争用期，还包括了其他因素，如存在的转发器所增加的时延，以及强化碰撞的干扰信号的持续时间等。

时间	值
碰撞发生时间	(τ − δ + τ)/2 = τ-δ/2
A 检测到碰撞的时间	2τ − δ
争用期	2τ（δ→0）

二进制指数退避算法

以太网使用截断二进制指数退避(truncated binary exponential backoff)算法来确定碰撞后重传的时机。发生碰撞的站在停止发送数据后，推迟一个随机的时间。（如果大家都同时再重新发送，就又会发生碰撞）具体算法：

协议规定了基本退避时间为争用期 2t。
从离散的整数集合[0,1,…, (2^k-1)]中随机取出一个数，记为r。重传应推后的时间就是r倍的争用期。上面的参数k = Min[重传次数, 10]。
当重传达 16 次仍不能成功，表明同时打算发送数据的站太多，以致连续发生冲突，则丢弃该帧，并向高层报告。

重传次数	r 取值
1	`{0, 1}`
2	`{0, 1, 2, 3}`
3	`{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}`

使用上述退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（这也称为动态退避），因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。

最小帧长

为了确保发送站在发送完一个完整的帧之前能够检测出其是否发生碰撞，帧的发送时延不应短于争用期，以太网规定了最短帧长为 64字节（ 10 Mbit/s 以太网，51.2 µs 的争用期可发送 $512 bit$ ： $\frac{2\times5.12km}{2^\times{10}^8m/s}\times10Mbit/s = 512bit$ ）。如果要发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于 64 字节。凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧，应当立即将其丢弃。

强化碰撞

当发送数据的站发现发生了碰撞，停止发送数据后，还要再继续发送 32 比特或 48 比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。对于 10 Mbit/s 以太网，发送 32 比特只需要 3.2 µs。

A 站从发送数据开始到发现碰撞并停止发送的时间间隔是 T_B。
A 站发送强化碰撞的干扰信号的持续时间是 T_J。
整个信道被占用的时间还要增加一个单程端到端的传播时延 τ。

总线被占用的时间是 T_B + T_J +τ。

帧间最小间隔

以太网还规定了帧间最小间隔为 9.6 µs，相当于 96 比特时间。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。

归纳

准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中。
检测信道：若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道在 96 比特时间内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。
网络适配器要边发送边监听（检测信道）。若在争用期内一直未检测到碰撞。则帧能够发送成功。若检测到碰撞，立即停止发送数据，并发送人为干扰信号。接着执行指数退避算法，等待 r 倍 512 比特时间后，返回到步骤 2。但若重传达 16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错。

以太网每发送完一帧，一定要把已发送的帧暂时保留一下。如果检测出发生了碰撞，那么还要在推迟一段时间后再把这个暂时保留的帧重传一次。

可靠传输

停止等待协议

\frac{RTT}{{T_A}+RTT+T_D}

假设主机甲采用停一等协议向主机乙发送数据帧，数据帧长与确认帧长均为 1000B ，数据传输速率是 10kbps，单向传播延时是 200 ms 。则主机甲的最大信道利用率为

A. 80% B. 66.7％ C. 44.4％ D. 40％

$\frac{RTT}{{T_A}+RTT+T_D}$
$T_A={T_D}=\frac{1000B}{10kbps}=\frac{8bit}{10bps}=800ms$
RTT = 400ms

真题

【2009题35】数据链路层采用了后退N帧（GBN）协议，发送方已经发送了编号为0~7的帧。当计数器超时时，若发送方只收到0、2、3号帧的确认，则发送方需要发的帧数是（）。

A. 2 B. 3 C. 4 D. 5

扩展的以太网

在许多情况下，需要对以太网的覆盖范围进行扩展。本节先讨论在物理层对以太网扩展，然后讨论在数据链路层对以太网扩展。这种扩展的以太网在网络层看来仍然是一个网络。

在物理层扩展以太网

以太网上的主机之间的距离不能太远（例如，10BASE-T 以太网的两台主机之间的距离不超过 200 米），否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使 CSMA/CD 协议无法正常工作。

转发器：在过去广泛使用粗缆或细缆以太网时，常使用工作在物理层的转发器来扩展以太网的地理覆盖范围。两个网段可用一个转发器连接起来。IEEE 802.3 标准还规定，任意两个站之间最多可以经过三个电缆网段。但随着双绞线以太网成为以太网的主流类型，扩展以太网的覆盖范围已很少使用转发器了。
光纤：现在，扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤（通常是一对光纤）和一对光纤调制解调器，光纤调制解调器的作用就是进行电信号和光信号的转换。由于光纤带来的时延很小，并且带宽很宽，因此可以很容易地使主机和几公里以外的集线器相连接。如果使用多个集线器，就可以连接成覆盖更大范围的多级星形结构的以太网。这样做可以有以下两个好处。第一，使这个学院不同系的以太网上的计算机能够进行跨系的通信。第二，扩大了以太网覆盖的地理范围。在通过主干集线器相连接后，不同系的主机之间的距离就可扩展了，因为集线器之间的距离可以是100 m（使用双绞线）或甚至更远（如使用光纤）

种多级结构的集线器以太网也带来了一些缺点：

以太网互连起来之前，每一个系的 10BASE-T以太网是一个独立的碰撞域（collision domain，又称为冲突域），即在任一时刻，在每一个碰撞域中只能有一个站在发送数据。每一个系的以太网的最大吞吐量是 10 Mbit/s，因此三个系总的最大吞吐量共有 30 Mbit/s。通过集线器互连起来后就把三个碰撞域变成一个碰撞域，而这时的最大吞吐量仍然是一个系的吞吐量 10 Mbit/s。这就是说，两个站在通信时所传送的数据会通过所有的集线器进行转发，使得其他系的内部在这时都不能通信（一发送数据就会碰撞）。
如果不同的系使用不同的以太网技术（如数据率不同），那么就不可能用集线器将它们互连起来。如果一个系使用 10 Mbit/s 的适配器，而另外两个系使用10/100 Mbit/s 的适配器，那么用集线器连接起来后，大家都只能工作在 10 Mbit/s 的速率。集线器基本上是个多接口（即多端口）的转发器，它并不能把帧进行缓存。

在数据链路层扩展以太网

扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行。

网桥（bridge）。最初人们使用的是网桥。网桥对收到的帧根据其 MAC 帧的目的地址进行转发和过滤。收到帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是根据此帧的目的 MAC 地址，查找网桥中的地址表，确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。
交换式集线器（switching hub）。1990 年问世的交换式集线器，很快就淘汰了网桥。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(L2 switch)，强调这种交换机工作在数据链路层。“交换机”是一个市场名词，其出现的确使数据的转发更加快速了：以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，通常都有十几个或更多的接口，每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。以太网交换机还具有并行性，即能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信（而网桥只能一次分析和转发一个帧）。相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据。以太网交换机的接口还有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存。因此，如果连接在以太网交换机上的两台主机，同时向另一台主机发送帧，那么当这台主机的接口繁忙时，发送帧的这两台主机的接口会把收到的帧暂存一下，以后再发送出去。以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表（又称为地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多

以太网交换机的性能远远超过普通的集线器，而且价格并不贵，这就使工作在物理层的集线器逐渐地退出了市场。

对于传统的 10 Mbit/s 的共享式以太网，若共有 10 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有 1 Mbit/s。若使用以太网交换机来连接这些主机，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mbit/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 10 个接口的交换机的总容量则为 100 Mbit/s。这正是交换机的最大优点。
从共享总线以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件和硬件、适配器等都不需要作任何改动。
以太网交换机一般都具有多种速率的接口，例如，可以具有 10 Mbit/s、100 Mbit/s 和 1 Gbit/s 的接口的各种组合，这就大大方便了各种不同情况的用户

虽然许多以太网交换机对收到的帧采用存储转发方式进行转发，但也有一些交换机采用直通(cut-through)的交换方式。直通交换不必把整个数据帧先缓存后再进行处理，而是在接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度。如果在这种交换机的内部采用基于硬件的交叉矩阵，交换时延就非常小。直通交换的一个缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。在某些情况下，仍需要采用基于软件的存储转发方式进行交换，例如，当需要进行线路速率匹配、协议转换或差错检测时。现在有的厂商已生产出能支持两种交换方式的以太网交换机。以太网交换机的发展与建筑物结构化布线系统的普及应用密切相关。在结构化布线系统中，广泛地使用了以太网交换机。

以太网交换机的自学习功能

A 先向 B 发送一帧，从接口 1 进入到交换机。交换机收到帧后，先查找交换表，没有查到应从哪个接口转发这个帧（在 MAC 地址这一列中，找不到目的地址为 B 的项目）。接着，交换机把这个帧的源地址 A 和接口 1 写入交换表中，并向除接口 1 以外的所有接口广播这个帧（这个帧就是从接口 1 进来的，当然不应当把它再从接口 1 转发出去）。只 B 才收下这个目的地址正确的帧。这也称为过滤。以后不管从哪一个接口收到帧，只要其目的地址是 A，就应当把收到的帧从接口 1 转发出去。假定接下来 B 通过接口 3 向 A 发送一帧。交换机查找交换表，发现交换表中的 MAC地址有 A。表明要发送给 A 的帧（即目的地址为 A 的帧）应从接口 1 转发。于是就把这个帧传送到接口 1 转发给 A。交换表这时新增加的项目(B, 3)，表明今后如有发送给 B 的帧，就应当从接口 3 转发出去。

考虑到有时可能要在交换机的接口更换主机，或者主机要更换其网络适配器，这就需要更改交换表中的项目。为此，在交换表中每个项目都设有一定的有效时间。过期的项目就自动被删除。用这样的方法保证交换表中的数据都符合当前网络的实际状况。

以太网交换机的这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用，不必人工进行配置，因此非常方便。

但有时为了增加网络的可靠性，在使用以太网交换机组网时，往往会增加一些冗余的链路。在这种情况下，自学习的过程就可能导致以太网帧在网络的某个环路中无限制地兜圈子。为了解决这种兜圈子问题，IEEE 的 802.1D 标准制定了一个生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol)。其要点就是不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象。

从总线以太网到星形以太网

传统的电话网是星形结构，其中心就是电话交换机。那么在 20 世纪 70 年代中期出现的局域网，未采用这种星形结构的原因是是在当时的技术条件下，还很难用廉价的方法制造出高可靠性的以太网交换机。所以那时的以太网就采用无源的总线结构。然而随着以太网上站点数目的增多，总线结构以太网的可靠性下降。与此同时，大规模集成电路以及专用芯片的发展，使得星形结构的以太网交换机可以做得既便宜又可靠。此时采用以太网交换机的星形结构又成为以太网的首选拓扑，而传统的总线以太网也很快从市场上消失了。

总线以太网使用 CSMA/CD 协议，以半双工方式工作。但以太网交换机不使用共享总线，没有碰撞问题，因此不使用 CSMA/CD 协议，而是以全双工方式工作。既然连以太网的重要协议 CSMA/CD 都不使用了（相关的“争用期”也没有了），为什么还叫做以太网呢？原因就是它的帧结构未改变，仍然采用以太网的帧结构。

虚拟局域网

利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 VLAN (Virtual LAN)。在 IEEE 802.1Q标准中，对虚拟局域网 VLAN 是这样定义的：

虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而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，指明发送这个帧的计算机属于哪一个 VLAN。

虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。

每一个 VLAN 的计算机可处在不同的局域网中，也可以不在同一层楼中。利用以太网交换机可以很方便地将这 10 台计算机划分为三个虚拟局域网：在虚拟局域网上的每一个站都可以收到同一个虚拟局域网上的其他成员所发出的广播。以太网交换机不向虚拟局域网以外的计算机传送广播信息。这样，限制了接收广播信息的计算机数，使得网络不会因传播过多的广播信息（即所谓的“广播风暴”）而引起性能恶化。

由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需的资源。

以太网交换机的种类很多。例如，“具有第三层特性的第二层交换机”和“多层交换机”。前者具有某些第三层的功能，如数据报的分片和对多播通信量的管理，而后者可根据第三层的 IP 地址对分组进行过滤。

1988 年 IEEE 批准了 802.3ac 标准，定义了以太网的帧格式的扩展，以便支持虚拟局域网。虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符，称为 VLAN 标记(tag)，用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。插入 VLAN 标记得出的帧称为 802.1Q 帧。VLAN 标记字段的长度是 4 字节，插入在以太网 MAC 帧的源地址字段和类型字段之间。VLAN 标记的前两个字节总是设置为 0x8100（即二进制的 10000001 00000000），称为IEEE 802.1Q 标记类型。

当数据链路层检测到 MAC 帧的源地址字段后面的两个字节的值是 0x8100 时，就知道现在插入了 4 字节的 VLAN 标记。于是就接着检查后面两个字节的内容。在后面的两个字节中，前 3 位是用户优先级字段，接着的一位是规范格式指示符 CFI (Canonical Format Indicator)①，最后的 12 位是该虚拟局域网 VLAN 标识符 VID (VLAN ID)，它唯一地标志了这个以太网帧属于哪一个 VLAN。由于用于 VLAN 的以太网帧的首部增加了 4 个字节，因此以太网的最大帧长从原来的 1518 字节（1500 字节的数据加上 18 字节的首部）变为 1522 字节。

高速以太网

随着电子技术的发展，以太网的速率也不断提升。从传统的 10 Mbit/s 以太网一直发展到现在常用的速率为 1 Gbit/s 的吉比特以太网，甚至更快的以太网。

100BASE-T 以太网

100BASE-T 是在双绞线上传送 100 Mbit/s 基带信号的星形拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 协议，又称为快速以太网(Fast Ethernet)。

用户只要使用 100 Mbit 的适配器和 100 Mbit/s 的集线器或交换机，就可很方便地由 10BASE-T 以太网直接升级到 100 Mbit/s，而不必改变网络的拓扑结构。100BASE-T 的适配器有很强的自适应性，能够自动识别 10 Mbit/s 和 100 Mbit/s。1995 年 IEEE 已把 100BASE-T 的快速以太网定为正式标准，其代号为 IEEE 802.3u，是对 IEEE 802.3 标准的补充。

100BASE-T 可使用以太网交换机提供很好的服务质量，可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，CSMA/CD 协议对全双工方式工作的快速以太网是不起作用的（但在半双工方式工作时则一定要使用 CSMA/CD 协议）。快速以太网使用的 MAC 帧格式仍然是 IEEE 802.3 标准规定的帧格式。

然而 IEEE 802.3u 的标准未包括对同轴电缆的支持。这意味着想从细缆以太网升级到快速以太网的用户必须重新布线。因此，现在 10/100 Mbit/s 以太网都使用无屏蔽双绞线布线。

以太网单程端到端时延 τ ，与帧的发送时间 T0 之比必须保持在很小的值。为了保持该比值不变。在帧长一定的条件下，若数据率提高到 10 倍，可把网络电缆长度（因而使 τ ）减小到原有数值的十分之一。在 100 Mbit/s 的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，对于铜缆 100 Mbit/s 以太网，其最短帧长仍为 64 字节，即 512 比特。因此争用期是 5.12 µs，帧间最小间隔现在是 0.96 µs，都是 10 Mbit/s 以太网的 1/10。一个网段的最大长度是 100 m。

吉比特以太网

吉比特以太网的产品已在 1996 年夏季问市。IEEE 在 1997 年通过了吉比特以太网的标准 802.3z，并在 1998 年成为正式标准。几年来，吉比特以太网迅速占领了市场，成为以太网的主流产品。

疑难

** CSMA/CD 有没有实现可靠传输**

CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）是一种用于以太网局域网的访问控制协议。它的主要目标是在多个主机共享同一物理媒体时，有效地控制数据传输，减少碰撞并提高网络性能。然而，CSMA/CD协议本身并不提供可靠传输。

CSMA/CD协议的工作原理是在发送数据之前监听物理媒体，如果检测到碰撞（多个主机同时发送数据导致冲突），则停止发送并等待一段随机时间后再次尝试发送。虽然CSMA/CD可以减少碰撞的发生，但它不能保证数据的可靠传输。

为了实现可靠传输，通常需要在CSMA/CD协议的基础上使用其他协议或机制。例如，在以太网中，通常会使用高层协议（如TCP/IP）来提供可靠传输。TCP协议通过使用序列号、确认和重传等机制来确保数据的可靠传输。因此，CSMA/CD和TCP协议通常结合使用，以提供在以太网上的可靠数据传输。

总结起来，CSMA/CD协议本身并不提供可靠传输，但可以与其他协议结合使用来实现可靠传输。

以太网光缆最大网段长度为何比电缆长？以太网光缆是共享信道吗？会存在信号碰撞的问题吗？

以太网光缆通常是采用点对点连接的方式，每条光缆连接两个设备之间，因此不属于共享信道的范畴。在以太网光缆中，数据是通过光信号在光纤中传输的，每条光缆连接的两个设备之间形成一个独立的通信通道，因此不存在多个设备共享同一信道的情况。

由于每条光缆连接的是两个设备之间的点对点连接，因此在以太网光缆中不会存在信号碰撞的问题。信号碰撞通常发生在共享介质的网络中，多个设备同时发送数据导致信号冲突，从而影响数据传输的正常进行。在以太网光缆中，由于是点对点连接，每对设备之间形成独立的通信通道，因此不会出现信号碰撞的情况。