第二章

第 2 章 以太网和数据封装

2.1 以太网回顾

​ 以太网 是一种基于竞用的介质访问方法，可让一个网络中的所有主机共享链路带宽。以太网很常见，因为它是可扩展的，这意味着在现有网络基础设施中引入新技术（如从快速以太网升级到吉比特以太网）相对容易。另外，以太网实现起来也相对简单，这使得排除故障也比较容易。以太网使用了数据链路层规范和物理层规范，本章将介绍数据链路层和物理层知识，这些知识足以帮助你高效地实现和维护以太网以及排除其故障。

2.1.1 冲突域

​ 正如第 1 章指出的，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。

​ 前面描述的情形通常出现在集线器环境中，在这种环境中，所有主机都连接到一个集线器，它们组成一个冲突域和一个广播域。这令人想到了第 1 章讨论过的问题：什么是广播域？

2.1.2 广播域

​ 广播域的书面定义如下：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注入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。

​ 介绍广播域的基本概念后，下面来看看半双工以太网使用的一种冲突检测机制。

2.1.3 CSMA/CD

​ 以太网使用 CSMA/CD（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。多个节点同时传输分组时，将发生冲突，而开发 CSMA/CD 就旨在避免这种问题。请相信我，妥善的冲突管理至关重要，因为在 CSMA/CD 网络中，一个节点传输数据时，其他所有节点都将接收并查看这些数据。只有交换机和路由器才能避免数据传遍整个网络。

​ 那么，CSMA/CD 协议是如何工作的呢？先来看看图 2-1。

​ 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。

​ 在以太网 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，知道其后退定时器到期。

​ 定时器到期后，所有主机的传输优先级都相同。

​ CSMA/CD 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；

2.1.4 半双工和全双工以太网

​ 半双工以太网是在最初的以太网规范 IEEE 802.3 中定义的。思科认为，半双工只使用一对导线，数字信号在导线中双向传输。IEEE 规范对半双工的描述稍有不同，但思科的说法大致描述了以太网中发生的情况。

​ 半双工以太网也使用 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。

​ 与半双工以太网只使用一对导线不同，全双工以太网同时使用两对导线。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。另外，由于使用不同的线对传输数据和接收数据，因此不会发生冲突。

​ 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%，例如，在采用全双工模式的 10 Mbit/s 以太网中，传输速率为 20 Mbit/s，而在快速以太网中，传输速率为 200 Mbit/s。然而，这种速率称为总速率，换句话说，效率为 100%才能达到，但与在现实生活中一样，在网络中这也是没有保证的。

​ 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）；

​ 现在的问题是，为何全双工以太网有时提供的速度低于它支持的速度呢？全双工以太网端口通电后，它首先连接到快速以太网链路的另一端并与之协商，这称为自动检测机制 。这种机制首先确定交换能力，即检查它能够在 10 Mbit/s、100 Mbit/s 还是 1000 Mbit/s 的速度下运行。然后，它检查能否在全双工模式下运行，如果不能，则在半双工模式下运行。

注意：别忘了，半双工以太网只有一个冲突域，其有效吞吐量比全双工以太网低。在全双工以太网中，通常每个端口都对应一个独立的冲突域，且有效吞吐量更高。

​ 最后，请牢记如下要点：

• 在全双工模式下，不会发生冲突；
• 每个全双工节点都必须有一个专用的交换机端口；
• 主机的网卡和交换机端口必须能够在全双工模式下运行。

​ 下面来看看以太网在数据链路层的工作原理。

2.1.5 以太网的数据链路层

​ 在数据链路层，以太网负责以太网编址，这通常称为硬件编址或 MAC 编址。以太网还负责将来自网络层的分组封装成帧，为使用基于竞用的以太网介质访问方法在本地网络中传输数据做好准备。

​ 1.以太网编址

​ 下面介绍以太网如何编址。它使用固化在每个以太网网卡（NIC）中的 MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址。MAC（硬件）地址长 48 位（6 B），采用十六进制格式。

​ 图 2-2 说明了 48 位的 MAC 地址及其组成部分。

​ OUI（Organizationally Unique Identifier，组织唯一标识符）是由 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）。如果仔细查看图 2-2，你将发现最高位为 I/G（Individual/Group）位：如果它的值为 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；如果它的值为 1，我们就可认为相应的地址要么是以太网中的广播地址或组播地址，要么是令牌环和 FDDI 中的广播地址或功能地址。

​ 接下来是 G/L 位（全局/本地位，也称为 U/L位，其中 U 表示 universal）：如果这一位为 0，则表示相应的地址为全局管理地址，由 IEEE 分配；如果为 1，则表示相应的地址为本地管理地址。在以太网地址中，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 1 677 216 个网卡设置为 24 个 1。实际上，很多制造商都将这部分地址对应的十六进制值作为网卡序列号的最后 6 个字符。

​ 2.从二进制转换为十进制和十六进制

​ 介绍 TCP/IP 协议和 IP 地址（见第 3 章）前，你需要真正明白二进制、十进制和十六进制之间的差别以及如何在这些格式之间转换，这很重要。

​ 下面首先介绍二进制，它非常简单。二进制只使用数字 0 和 1，其中每个数字对应于一位（二进制位）。通常，我们将每 4 位或 8 位作为一组，分别称它们为半字节（nibble）和字节。

​ 我们感兴趣的是二进制值对应的十进制值——十进制以 10 为基数，我们从幼儿园起就开始使用它了。二进制位按从右向左的顺序排列，每向左移动一位，位值就翻一倍。

​ 表 2-1 列出了半字节和字节中各位代表的十进制值。别忘了，半字节包含 4 位，字节包含 8 位。

​ 这意味着如果某一位的取值为 1，则计算半字节或字节对应的十进制值时，应将其位值与其他所有取值为 1 的位值相加。如果为 0，则不考虑。

​ 下面更详细地阐述这一点。如果半字节的每一位都为 1，则将8、4、2 和 1 相加，结果为 15 —— 半字节的最大取值。假设半字节的取值是 1010，即位值为 8 和2 对应的位为 1，则对应的十进制值为 10。如果半字节的取值为 0110，则对应的十进制值为 6，因为位值 4 和 2 对应的位为 1。

​ 然而，字节的最大取值比 15 要大得多，因为如果字节中每位都为 1，则其取值如下（别忘了，字节包含 8 位）：11111111

此时若要计算字节对应的十进制值，可将所有取值为 1 的位的位值相加，如下所示：

​ 128 + 64 + 32 +16 + 8 +4 +2 + 1 = 255

这时字节的最大可能取值。

​ 二进制数还可对应众多其他的十进制值，下面来看一些例子。假设二进制数取值如下：

​ 10010110

哪些位的取值为 1 呢？答案是位值为 128、16、4 和 2 的位，因此只需将这些位值相加：128 + 16 + 4 + 2 = 150。再举个例子，假设二进制数取值如下：

​ 01101100

哪些位的取值为 1 呢？答案是位值为64、32、8 和 4 的位，因此只需将这些位值相加：64 + 32 + 8 + 4 = 108。再者，如果二进制数取值如下：

​ 11101000

哪些位的取值为 1 呢？答案是位值为128、64、32 和 8 的位，因此只需将这些位值相加：128 + 64 + 32 + 8 = 232。

​ 阅读第 3 章和第 4 章与 IP 相关的内容前，你应牢记表 2-2 的内容。

​ 十六进制地址与二进制和十进制完全不同，我们通过读取半字节将二进制转换为十六进制。通过半字节，我们可轻松地将二进制转换成十六进制。首先需要明白的是，十六进制只能使用数字 0 ~ 9，而不能使用 10、11、12 等（因为它们是二位数），因此使用A、B、C、D、E 和 F分别表示 10、11、12、13、14 和 15。

​ 表 2-3 列出了每个十六进制数字对应的二进制值和十进制值。

​ 前 10 个十六进制数字（0 ~ 9）与相应的十进制值相同，你注意到了吗？因此，这些值转换起来非常容易。

​ 假设有十六进制数 0x6A（有时候，思科喜欢在字符前添加 0x，让你知道它们是十六进制值。0x 并没有其他特殊含义），它对应的二进制值和十进制值是多少呢？你只需记住，每个十六进制字符相当于半字节，而两个十六进制字符相当于一字节。要计算该十六进制对应的二进制值，可将这两个字符分别转换为半字节，然后将它们合并为一个字节：6 = 0110，而 A = 1010，因此整个字节为 01101010。

​ 要从二进制转换为十六进制，只需将字节划分为半字节，下面具体解释这一点。

​ 假设有二进制数 01010101。首先将其划分为半字节 0101 和 0101，这些半字节的值都是 5，因为取值为 1 的位对应的位值分别是 1 和 4。因此，其十六进制表示为 0x55。要将二进制数 01010101 转换为十进制数，方法为 64 + 16 + 4 + 1 = 85。

​ 下面是另一个二进制数：

​ 11001100

其中 1100 = 12，1100 = 12，因此它对应的十六进制数为 CC。将其转换为十进制时，答案为 128 + 64 + 8 + 4 = 204。

​ 下面再介绍一个例子，假设有如下二进制数：

​ 10110101

它对应的十六进制数为 0xB5，因为 1011 对应的十六进制值为 B，0101对应的十六进制值为 5。将其转换为十进制时，结果为 128 + 32 +16 + 4 + 1 = 181。

​ 3.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。

​ 以太网工作站的职责是，使用 MAC 帧格式彼此传递数据帧。这利用 CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）提供了错误检测功能，但别忘了，这是错误检测，而不是纠错。图 2-3 说明了 802.3 帧和以太网帧的格式。

注意：使用一种帧封装另一种帧称为隧道技术。

下面详细介绍 802.3 帧和以太网帧的各个字段。

• 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）/同步 前导码为 7 B，而 SFD（同步）为 1 B。SFD 的值为 10101011，其中最后两个 1 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 Ethernet_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 这时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 字段位于，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，接收方将任务发生了错误，进而将帧丢弃。

​ 下面花点时间看看我们信任的网络分析器捕获的一些帧。正如你看到的，这里只显示了 3 个帧字段：目标地址、源地址和类型（这里表示为 Protocol Type）：

​ 这是一个 Ethernet_II 帧。注意，类型（Type）字段为 IP，其十六进制表示为 08-00（在大多数情况下表示为 0x800）。

​ 下一个帧包含的字段与前一个帧相同，也是 Ethernet_II 帧：

这个帧是广播，你注意到了吗？这是因为其目标硬件地址的二进制标识全为 1，而十六进制表示全为 F。

​ 下面再来看一个 Ethernet_II 帧。第 15 章介绍 IPv6 时，我们将再次介绍这个示例，但正如你看到的，该以太网帧与被路由协议为 IPv4 的 Ethernet_II 帧相同。帧包含的是 IPv6 数据时，类型字段的值为 0x86dd，而包含的是 IPv4 数据时，类型字段的值为 0x0800。

​ 这就是 Ethernet_II 帧的优点。由于包含类型字段，无论使用哪种被路由的网络层协议，Ethernet_II 帧都可包含相应的数据，因为它能标识网络层协议。

2.1.6 以太网物理层

​ 以太网最初是由 DIX 集团（数字设备公司、Intel公司和施乐公司）实现的。它们制定并实现了第一个以太网 LAN 规范，而 IEEE 在该规范的基础上制定了 IEEE 802.3。这是一种 10 Mbit/s 的网络，其物理介质可以是同轴电缆、双绞线或光纤。

​ 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 Gbit/s）。

​ 图 2-4 说明了 IEEE 802.3 以及最初的以太网物理层规范。

​ 设计 LAN 时，知道可供使用的各种以太网介质至关重要。诚然，使用吉比特以太网连接到每个桌面，并在交换机之间使用 10Gbit/s 以太网当然很好，但你必须为付出这样的成本提供充分理由。然而，如果结合使用当前可用的各种以太网介质，我们便可提供一个性价比相当高的网络解决方案，且效果非常不错。

​ EIA/TIA（表示电子行业协会和较近组建的电信行业联盟）是制定以太网物理层规范的标准化组织，它规定以太网使用非屏蔽双绞线（UTP）和一种标准插座（RJ45）。

EIA/TIA 指定的每种以太网电缆都有固有衰减，这指的是信号沿电缆传输时的强度减弱，度量单位为分贝（dB）。我们对公司和家庭使用的电缆进行了分类，电缆的品质越高，其类别越高，衰减越低。例如，5 类电缆优于 3 类电缆，因为 5 类电缆每英尺的绞数更过，串扰更小。串扰是电缆中相邻线对的信号干扰，越小越好。

​ 下面是最初的 IEEE 802.3 标准。

• 10Base2 速度为 10 Mbit/s，采用基带技术，最大传输距离 185 米，称为细缆网（thinnet），每个网段最多可包含 30 台工作站。采用物理总线拓扑和逻辑总线拓扑，并使用 BNC 接头盒细同轴电缆。其中的 10 表示 10 Mbit/s，Base 表示基带技术（这是一种在网络中通信的数字信令方法），而 2 表示传输距离大约 200 米。10Base2 以太网网卡使用 BNC（British Naval Connector、Bayonet Neill Concelman 或 Bayonet Nut Connector）、T 型接头和端接器连接到网络。
• 10Base5 速度为 10 Mbit/s，采用基带技术，使用粗同轴电缆时最大传输距离 500 米，称为 粗缆网（thicknet）。采用物理总线拓扑和逻辑总线拓扑，并使用 AUI 接头。在使用转发器的情况下，最大传输距离为 2500 米，所有网段最多可支持 1024 名用户。
• 10BaseT 速度为 10 Mbit/s，使用 3 类非屏蔽双绞线（UTP），最大传输距离为 100 米。不同于 10Base2 和 10Base5 网络的是，其中每台设备都必须连接到集线器或交换机，且每个网段或电缆上只能有一台主机。使用 RJ45 接头（8 针模块式接头），采用物理星型拓扑和逻辑总线拓扑。

​ 每种 802.3 标准都定义了一个 AUI，让数据链路层介质访问方法能够以每次 1 比特的方式将数据传递给物理层。这让 MAC 地址可保持不变，而物理层可支持现有技术和新技术。最重要的是，最初的 AUI 接口为 15 针接头，这让收发器能够提供 15 针到双绞线转换。

​ 然而，存在一个问题：AUI 接口不支持 100Mbit/s 以太网，因为其频率太高了。因此，100BaseT 需要一种新接口，而 802.3u 规范指定了这样的接口 MII（Media Independent Interface，介质无关接口）。这种接口提供的吞吐量为 100 Mbit/s。MII 每次传输半字节，你肯定还记得，这指的是 4 位。吉比特以太网使用 GMII（Gigabit Media Independent Interface，吉比特介质无关接口），每次传输 8 为。802.3u（快速以太网）与 802.3 以太网兼容，因为它们的物理特征相同。快速以太网和以太网使用想用的MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）和 MAC 机制，它们都保留了 10BaseT 以太网使用的帧格式。基本上，快速以太网基于对 IEEE 802.3 规范的一个扩展，因此其速度为 10BaseT 的 10 倍。

​ 下面从快速以太网开始介绍扩展的 IEEE 802.3 标准。

• 100Base-TX（IEEE 802.3u） 常称为快速以太网，使用两对 EIA/TIA 5、5E 或 6 类 UTP，每个网段一名用户，最大传输距离为 100 米。它使用 RJ45 接头，并采用物理星型拓扑和逻辑总线拓扑。
• 100Base-FX（IEEE 802.3u） 使用 62.5/125 微米的多模光纤，采用点到点拓扑，最大传输距离为 412 米。它使用 ST 和 SC 接头，这些接头都属于介质接口接头。
• 100Base-CX（IEEE 802.3z） 使用名为 twinax 的铜质双绞线（一种平衡同轴线对），最大传输距离只有 25 米，并使用称为 HSSDC（High Speed Serial Data Connector，高速串行数据接头）的 9 针接头。
• 1000Base-T（IEEE 802.3ab） 使用 5 类电缆，其中包含 4 对 UTP，最大传输距离 100 米，最高传输速率 1 Gbit/s。
• 1000Base-SX（IEEE 802.3z） 使用多模光纤（而不是铜质双绞线）和短波激光的 1 吉比特以太网实现，其中多模光纤（MMF）的芯线为 62.5 微米或 50 微米。它使用 850 纳米（nm）的激光，使用 62.5 微米多模光纤时最大传输距离为 220 米，而使用 50 微米多模光纤时最大传输距离为 550 米。
• 1000Base-LX（IEEE 802.3z） 使用 9 微米的单模光纤和 1300 纳米的激光，最大传输距离为 3 ~ 10 千米。
• 1000BASE-ZX（Cisco 标准） 1000BaseZX（1000Base-ZX）是思科制定的一种吉比特以太网通信标准，它使用普通单模光纤，最大传输距离为 43.5 英里（70 千米）。
• 10GBase-T 10GBase-T 是 IEEE 802.3an 委员会提议的一种标准，旨在使用传统的 UTP 电缆（5e、6 或 7 类电缆）提供 10 Gbit/s 连接。10GBase-T 允许我们在以太网 LAN 中使用传统的 RJ45 接头，它支持在 100 米的范围内传输信号。
• 10GBase-Short Range（SR） 一种 10 吉比特以太网实现，使用 850 纳米的短波激光和多模光纤，最大传输距离为 2 ~ 300 米，具体取决于光纤的大小和质量。
• 10GBase-Long Range（LR） 一种 10 吉比特以太网实现，使用 1310 纳米的长波激光和单模光纤，最大传输距离为 2 米 ~ 10 千米，具体取决于光纤的大小和质量。
• 10GBase-Extended Range（ER） 一种使用单模光纤的 10 吉比特以太网实现，使用 1550 纳米的超长波激光。最大传输距离是所有 10 吉比特以太网技术中最远的，为 2 米 ~ 40 千米，具体取决于光纤的大小和质量。
• 10GBase-Short Wavelength（SW） 10Gbase-SW 是在 IEEE 802.3ae 中定义的，它是一种 10GBase-S 模式，使用多模光纤、850 纳米的激光收发器，带宽为 10 Gbit/s。它支持的最大电缆长度为 300 米，人们设计这种介质旨在将其用于连接 SONET 设备。
• 10GBase-Long Wavelength（LW） 10Gbase-LW 是一种 10GBase-L 模式，使用标准单模光纤（SMF，G652），最大链路长度可达 10 千米。人们设计这种介质旨在将其用于连接 SONET 设备。
• 10GBase-Extra Long Wavelength（EW） 10Gbase-EW 是一种 10GBase-E 模式，使用 SMF（G652）和 1550 纳米的激光，最大链路长度可达 40 千米。人们设计这种介质旨在将其用于连接 SONET 设备。

注意：如果要实现不受电子干扰（EMI）影响的网络，光纤可提供更安全的长距离电缆，其速度高，且不受 EMI 影响。

​ 表 2-4 总结了电缆类型。

​ 掌握本章前面介绍的基本知识后，你便能够使用各种电缆组建以太网了。

2.2 以太网布线

​ 以太网布线是一个重要主题，对于打算参考思科考试的你尤其如此。你必须真正了解下面 3 中电缆：

• 直通电缆；
• 交叉电缆；
• 反转电缆。

​ 接下来的几节将分别介绍这些电缆。

2.2.1 直通电缆

​ 直通电缆用于连接如下设备：

• 主机到交换机或集线器；
• 路由器到交换机或集线器。

​ 在直通电缆中，我们使用 4 根导线连接以太网设备。制作这种类型的电缆相对简单。图 2-5 展示了以太网直通电缆中使用的 4 根导线。

​ 注意，我们只使用了 1、2、3 和6 号针脚。只需将两个 1 号针脚、两个 2 号针脚、两个 3 号针脚和两个 6 号针脚分别连接起来，电缆就制作好了，可用来组网。然而，需要记住的是，这种电缆只能用于以太网，而不能用于语音网络、其他 LAN 和 WAN。

2.2.2 交叉电缆

​ 交叉电缆 可用于连接如下设备：

• 交换机到交换机；
• 集线器到集线器；
• 主机到主机；
• 集线器到交换机；
• 路由器到主机；
• 路由器到路由器（使用快速以太网端口）。

​ 这种电缆也使用 4 根导线，且这 4 根导线与直通电缆使用的相同。我们只需将不同的针脚连接起来即可，图 2-6 说明了以太网交叉电缆是如何使用这 4 根导线的。

​ 注意，这里不是将两个 1 号、两个 2 号、两个 3 号、两个 6 号针脚分别相连，而是将 1 号针脚与 3 号针脚相连，将 2 号针脚与 6 号针脚相连。

2.2.3 反转电缆

​ 虽然反转电缆 不用于组建以太网，但可用于将主机的 EIA-TIA 232 接口连接到路由器的串行通信（COM）端口。

​ 如果你有思科路由器或交换机，可使用反转电缆将运行 HyperTerminal（超级终端）的 PC 与这些思科设备相连。这种电缆使用了全部 8 根导线来连接串行设备，虽然并非这 8 根导线都被用于发送信息。图 2-7 显示了反转电缆使用的 8 根导线。

​ 这种电缆可能是最容易制作的，你只需将直通电缆的一端切断，将其反转过来，并连接到一个新接头。

​ 使用正确的电缆将 PC 连接到思科路由器或交换机的的控制台端口后，你便可启动 HyperTerminal 创建一条连接并配置思科设备。配置过程如下。

​ （1）启动 HyperTerminal，并给连接指定名称。如何命名无关紧要，但我总是将其命名为思科。然后，单击 OK 按钮。

​ （2）选择通信端口——COM1 或 COM2，只要在 PC 上打开了该端口。

​ （3）现在指定端口设置。默认设置（2400 bit/s 和流量控制为 “硬件”）不可行，你必须如图 2-8 所示指定端口设置。

​ 注意，现在比特率为 9600，而流量控制为 “无”。现在单击 OK 按钮并按回车键，你将连接到思科设备的控制台端口。

​ 前面介绍了各种 RJ45 非屏蔽双绞线（UTP），请问在图 2-9 所示的交换机之间，我们应使用哪种电缆呢？

​ 要让主机 A 能够 ping 主机 B，你必须使用交叉电缆将两台交换机连接起来。在图 2-10 所示的网络中，我们又应使用哪种电缆呢？

​ 在图 2-10 中，我们使用了多种类型的电缆。对于交换机之间的连接，我们显然需要使用如图 2-6 所示的交叉电缆。但是，我们有一条控制台连接，它使用的是反转电缆。另外，交换机和路由器之间的连接使用了直通电缆，主机到交换机的连接亦如此。这里没有串行连接，如果有，它将使用 V.35 电缆连接到 WAN。

2.3 数据封装

​ 主机通过网络将数据传输给另一台设备时，数据将经历封装：OSI 模型的每一层都使用协议信息将数据包装起来。每层都只与其在接收设备上的对等层通信。

​ 为通信和交换信息，每层都是用 PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）。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。

​ 图 2-11 显示了各层的 PDU 及每层添加的控制信息。该图说明了如何对上层用户数据进行转换，以便通过网络传输。然后，数据被交给传输层，而传输层通过发送同步分组来建立到接收设备的虚电路。接下来，数据流被分割成小块，传输层报头被创建并放在数据字段前面的报头中，此时的数据块称为数据段（一种 PDU）。我们可对每个数据段进行排序，以便在接收端按发送顺序重组数据流。

​ 接下来，每个数据段都交给网络层进行编址，并在互联网络中路由。为让每个数据段前往正确的网络，这里使用逻辑地址（如 IP 地址）。对于来自传输层的数据段，网络层协议给它添加一个控制报头，这样就生成了分组 或数据报 。在接收主机上，传输层和网络层协同工作以重建数据流，但它们不负责将 PDU 放在本地网段上——这是将信息传输给路由器或主机的唯一途径。

​ 数据链路层负责接收来自网络层的分组，并将其放到网络介质（电缆或无线）上。数据链路层将每个分组 封装成帧，其中帧头包含源主机和目标主机的硬件地址。如果目标设备在远程网络中，则帧将被发送给路由器，以便在互联网络中路由。到达目标网络后，新的帧被用来将分组传输到目标主机。

​ 要将帧放到网络上，首先必须将其转换为数字信号。帧是由 1 和 0 组成的逻辑编组，物理层负责将这些 0 和 1 编码成数字信号，供本地网络中的设备读取。接收设备将同步数字信号，并从中提取 1 和 0（解码）。接下来，设备将重组帧，运行 CRC，并将结果与帧中 FCS 字段的值进行比较。如果它们相同，设备从帧中提取分组，并将其他部分丢弃，这个过程称为拆封 。分组被交给网络层，而网络层将检查分组的地址。如果地址匹配，数据段被从分组中提取出，而其他部分将被丢弃。数据段将在传输层处理，而后者负责重建数据流，然后向发送方确认，指出接收方收到了所有信息。然后传输层将数据流交给上层应用程序。

​ 在发送端，数据封装过程大致如下。

​ （1）用户信息被转换为数据，以便通过网络进行传输。

​ （2）数据被转换为数据段，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，逻辑地址被添加在报头中，以便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。硬件（以太网）地址被用于唯一标识本地网段中的主机。

​ （5）帧被转换为比特，并使用数字编码方法和时钟同步方案。

​ 我将使用图 2-12 进一步解释这个过程。

​ 还记得吗，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，因为这是程序员的事。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。

​ 详细讨论图 2-12 前，我们先来讨论端口号，以确保你理解它们。传输层使用端口号标识虚电路和上层进程，如图 2-13 所示。

​ 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 IP 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）。

​ 至此，你明白了端口号以及传输层如何使用它们，下面返回到图 2-12。给数据块添加传输层报头信息后，便形成了数据段；随后，数据段和目标 IP 地址一起被交给网络层。（目标 IP 地址是随数据流一起由上层交给传输层的，它是由上层使用名称解析方法（可能是 DNS）发现的。）

​ 网络层在每个数据段的前面添加报头和逻辑地址（IP 地址）。给数据段添加报头后，形成的 PDU 为分组。分组包含一个协议字段，该字段指出了数据段来自何方（UDP 或 TCP），这样当分组到达接收主机后，传输层便能够将数据段交给正确的协议。

​ 网络层负责获悉目标硬件地址（这种地址指出了分组应发送到本地网络的什么地方），为此，它使用 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）——详见第 3 章。网络层的 IP 查看目标 IP 地址，并将其与自己的 IP 地址和子网掩码进行比较。如果比较表明分组是前往本地主机的，则 ARP 请求被用于请求该主机的硬件地址；如果分组是前往远程主机的，IP 将获悉默认网关（路由器）的 IP 地址。

​ 接下来，网络层将分组向下传递给数据链路层，一同传递的还有本地主机或默认网关的硬件地址。数据链路层在分组前面添加一个报头，这样数据块将变成帧（之所以称其为帧，是因为同时给分组添加了报头和报尾，使其类似于书档），如图 2-12 所示。帧包含一个以太网类型（Ether-Type）字段，它指出了分组来自哪种网络层协议。现在，将对帧运行 CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验），并将结果放在帧尾的 FCS（Frame Check Sequence，帧校验序列）字段中。

​ 至此，可以用每次 1 比特的方式将帧向下传递给物理层了，而物理层将使用比特定时规则（bit timing rule）将数据编码成数字信号。网段中的每台设备都将同步时钟，从数字信号中提取 1 和 0，并重建帧。重建帧后，设备将运行 CRC，以确保帧时正确的。如果一切顺利，主机将检查目标 MAC 地址和目标 IP 地址，以检查帧是否是发送给它的。

​ 如果这一切让你眼花缭乱、头昏脑涨，请不要担心，第 8 章将详细介绍在互联网络中数据是如何被封装和路由的。

2.4 包含 3 层的 Cisco 层次模型

​ 大多数人在童年就接触过层次结构，有哥哥或姐姐的人都知道位于层次结构底层的滋味。无论你是在什么地方首次遇到层次结构，当今的大多数人都在生活中感受过它。正是层次结构 帮助我们明白事物的归属和相互关系以及各部门的职责，它让那些原本复杂的模型变得有序且易于理解。例如，如果你想加薪，层次结构将告诉你应询问老板而不是下属，这个人将批准或拒绝你的要求。因此，理解层次结构有助于你明白到哪里去获取想要的东西。

​ 在网络设计中，层次结构的优点与生活中相同。在使用得当的情况下，层次结构将使网络的行为更容易被预测。它帮助你指定各部分的职责。同样，你可在层次型网络的某些层使用诸如访问列表等工具，并避免在其它层使用它们。

​ 大型网络可能非常复杂，可能使用了多种协议，包含复杂的配置，采用了各种各样的技术。层次结构可帮助你将大量复杂的细节归纳成易于理解的模型，这样，进行具体的配置时，模型将指出应用这些配置的正确方式。

​ 设计、实现和维护可扩展、可靠、性价比高的层次型互联网络时，Cisco 层次模型可提供帮助。Cisco 层次模型包含 3 层，如图 2-14 所示，其中每层都有特定的功能。

​ 这 3 层及其典型功能如下。

• 核心层：主干。
• 集散层：路由选择。
• 接入层：交换。

​ 每层都有特定的职责。然而，这 3 层是逻辑性的，而不一定是物理设备。想想另一个逻辑层次结构——OSI 模型，其中的 7 层描述的是功能，而不是协议。有时一种协议对应于 OSI 模型的多层，而有时多种协议对应于一层。通常，实现层次型网络时，可能一层有很多设备，也可能一台设备同时执行两层的功能。这些层的定义是逻辑性的，而不是物理性的。

​ 下面来详细介绍其中的每一层。

2.4.1 核心层

​ 顾名思义，核心层 是网络的核心。核心层位于层次结构顶端，负责快速而可靠地传输大量的数据流。网络核心层的唯一目标是尽可能快地交换数据流。在核心层传输的数据流是大多数用户共享的；然而，用户数据是在集散层处理的，该层在必要时将请求转发到核心层。

​ 如果核心层出现故障，所有用户 都将受影响，因此核心层容错是个大问题。穿越核心层的数据流可能很大，因此速度和延迟是重要的考虑因素。知道核心层的功能后，我们就可以考虑一些具体的设计需求了。先来看看不应该做的事情。

• 不要做任何降低速度的事情，这包括使用访问列表、在虚拟局域网（VLAN）之间路由以及实现分组过滤。
• 不要在核心层支持工作组接人。
• 避免核心层随着网络的增大而增大（即添加路由器）。如果核心层的性能是个问题，应进行升级，而不是增大。

​ 下面是设计核心层时应该做的一些事情。

• 设计核心层时，应确保其高可靠性。考虑使用对速度、冗余有帮助的数据链路技术，如包含冗余链路的吉比特以太网，甚至是 10 吉比特以太网。
• 设计时要考虑速度，核心层的延迟必须非常短。
• 选择会聚时间短的路由选择协议。如果路由选择表不行，快速且冗余的数据链路也帮不上忙。

2.4.2 集散层

​ 集散层 有时也称为工作组层 ，它是接入层和核心层之间的通信点。集散层的主要功能是提供路由选择、过滤和 WAN 接入，以及在必要时确定如何让分组进入核心层。集散层必须确定处理网络服务请求的最快方式，例如如何将文件请求转发给服务器。确定最佳路径后，集散层将在必要时将请求转发给核心层，然后核心层将请求快速转发给正确的服务。

​ 集散层是实现网络策略的地方，在这里，你可相当灵活地指定网络的运行方式。下面几项操作通常应该在集散层执行。

• 路由选择。
• 实现工具（如访问列表）、分组过滤和排队。
• 实现安全性和网络策略，包括地址转换和防火墙。
• 在路由选择协议之间重分发，包括静态路由。
• 在 VLAN 之间路由以及其他支持工作组的功能。
• 定义广播域和组播域。

​ 在集散层应避免做的事情仅限于其它层的专属功能。

2.4.3 接入层

​ 接入层 控制用户和工作组对互联网络资源的访问，有时也称为桌面层 。大多数用户需要的网络资源位于本地，而所有远程服务数据流都由集散层处理。下面是接入层的一些功能。

• 延续集散层的访问控制和策略。
• 建立独立的冲突域（网络分段）。
• 提供到集散层的工作组连接。

​ 接入层经常采用吉比特以太网和快速以太网交换等技术。

​ 正如前面指出的，3 个独立的层并不意味着 3 台独立的设备，设备可能更多，也可能更少。别忘了，这时一种分层方法 。

2.5 小结

​ 在本章中，你学习了以太网基本知识、网络中的主机如何通信以及半双工以太网中 CSMA/CD 的工作原理。

​ 我还介绍了半双工和全双工模式之间的差别，讨论了冲突检测机制 CSMA/CD。

​ 另外，本章还介绍了当今网络中常用的以太网电缆。顺便说一句，你最好仔细研究相应的内容。

​ 本章还简要地介绍了封装，这很重要，不容忽视。封装指的是沿 OSI 栈向下对数据进行编码的过程。

​ 最后，本章介绍了包含 3 层的 Cisco 层次模型。我详细介绍了这 3 层以及如何使用它们来帮助设计和实现 Cisco 互联网络。下一章将介绍 IP 地址。

2.6 考试要点

​ 描述载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的工作原理。CSMA/CD 是一种帮助设备均衡共享带宽的协议，可避免两台设备同时在网络介质上传输数据。虽然它不能消除冲突，但有助于极大地减少冲突，进而减少重传，从而提供所有设备的数据传输效率。

​ 区别半双工和全双工通信，并指出这两种方法的需求。与半双工以太网使用一对导线不同，全双工以太网使用两对导线。全双工使用不同的导线来消除冲突，从而允许同时发送和接收数据，而半双工可发送或接收数据，但不能同时发送和接收数据，且仍会出现冲突。要使用全双工，电缆两端的设备都必须支持全创共，并配置成以全双工模式运行。

​ 描述 MAC 地址的组成部分以及各部分包含的信息。MAC（硬件）地址是一种使用十六进制表示的地址，长 48 位（6 B）。其中前 24 位（3 B）称为 OUI（Organizationally Unique Identifier，组织唯一标识符），由 IEEE 分配给 NIC 制造商；余下的部分唯一地标识了 NIC。

​ 识别十进制数对应的二进制值和十六进制值。用这 3 种格式之一表示的任何数字都可转换为其他两种格式，能够执行这种转换对理解 IP 地址和子网划分至关重要。请务必完成本章后面将二进制转换为十进制和十六进制的书面实验。

​ 识别以太网帧中与数据链路层相关的字段。在以太网帧中，与数据链路层相关的字段包括前导码、帧起始位置分隔符、目标 MAC 地址、源 MAC 地址、长度或类型以及帧校验序列。

​ 识别与以太网布线相关的 IEEE 标准。这些标准描述了各种电缆类型的功能和物理特征，包括（但不限于）10Base2、10Base5 和10BaseT。

​ 区分以太网电缆类型及其用途。以太网电缆分 3 中：直通电缆，用于将 PC 或路由器的以太网接口连接到集线器或交换机；交叉电缆，用于将集线器连接到集线器、集线器连接到交换机、交换机连接到交换机以及 PC 连接到 PC；反转电缆，用于在 PC 和路由器或交换机之间建立控制台连接。

​ 描述数据封装过程及其在分组创建中的作用。数据封装指的是在 OSI 模型各层给数据添加信息的过程，也称为分组创建。每层都只与其在接收设备上的对等层通信。

​ 了解如何在 PC 和路由器之间建立控制台连接并启动 HyperTerminal。使用反转电缆将主机的 COM 端口连接到路由器的控制台端口。启动 HyperTerminal，并将比特率设置为 9600，流量控制设置为“无”。

​ 指出 Cisco 三层模型中的各层，并描述每层最适合完成的功能。Cisco 层次模型包含如下 3 层：核心层，负责快速而可靠地传输大量的数据流；集散层，提供路由选择、过滤和 WAN 介入；接入层，将工作组连接到集散层。

2.7 书面实验

​ 在本节中，你将完成如下实验，确保明白了其中涉及的信息和概念。

• 实验 2.1：二进制/十进制/十六进制转换。
• 实验 2.2：CSMA/CD 的工作原理。
• 实验 2.3：布线。
• 实验 2.4：封装。

（书面实验的答案见本章复习题答案的后面。）

2.7.1 书面实验 2.1：二进制/十进制/十六进制转换

​ （1）将用十进制表示的 IP 地址转换为二进制格式。

​ 完成下表，将 192.168.10.15 转换为二进制格式。

128	64	32	16	8	4	2	1	二进制
1	1	0	0	0	0	0	0
1	0	1	0	1	0	0	0
0	0	0	0	1	0	1	0
0	0	0	0	1	1	1	1

​ 完成下表，将 172.16.20.55 转换为二进制格式。

128	64	32	16	8	4	2	1	二进制
1	0	1	0	1	1	0	0
0	0	0	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1	0	0
0	0	1	1	0	1	1	1

​ 完成下表，将 10.11.12.99 转换为二进制格式。

128	64	32	16	8	4	2	1	二进制
0	0	0	0	1	0	1	0
0	0	0	0	1	0	1	1
0	0	0	0	1	1	0	0
0	1	1	0	0	0	1	1

​ （2）将用二进制表示的 IP 地址装换为十进制格式。

​ 完成下表，将 IP 地址 11001100.00110011.10101010.01010101 转换为十进制格式。

128	64	32	16	8	4	2	1	十进制
1	1	0	0	1	1	0	0	204
0	0	1	1	0	0	1	1	51
1	0	1	0	1	0	1	0	170
0	1	0	1	0	1	0	1	85

​ 完成下表，将 IP 地址 11000110.11010011.00111001.11010001 转换为十进制格式。

128	64	32	16	8	4	2	1	十进制
1	1	0	0	0	1	1	0	198
1	1	0	1	0	0	1	1	211
0	0	1	1	1	0	0	1	57
1	1	0	1	0	0	0	1	209

​ 完成下表，将 IP 地址 10000100.11010010.10111000.10100110 转换为十进制格式。

128	64	32	16	8	4	2	1	十进制
1	0	0	0	0	1	0	0	132
1	1	0	1	0	0	1	0	210
1	0	1	1	1	0	0	0	184
1	0	1	0	0	1	1	0	166

​ （3）将二进制值转换为十六进制。

​ 完成下表，用十六进制表示 11011000.00011011.00111101.01110110。

128	64	32	16	8	4	2	1	十六进制
1	1	0	1	1	0	0	0	0xD8
0	0	0	1	1	0	1	1	0x1B
0	0	1	1	1	1	0	1	0x3D
0	1	1	1	0	1	1	0	0x76

​ 完成下表，用十六进制表示 11001010.11110101.10000011.11101011。

128	64	32	16	8	4	2	1	十六进制
1	1	0	0	1	0	1	0	0xCA
1	1	1	1	0	1	0	1	0xF5
1	0	0	0	0	0	1	1	0x83
1	1	1	0	1	0	1	1	0xEB

​ 完成下表，用十六进制表示 10000100.11010010.01000011.10110011。

128	64	32	16	8	4	2	1	十六进制
1	0	0	0	0	1	0	0	0x84
1	1	0	1	0	0	1	0	0xD2
0	1	0	0	0	0	1	1	0x43
1	0	1	1	0	0	1	1	0xB3

2.7.2 书面实验 2.2：CSMA/CD 的工作原理

​ CSMA/CD（Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测）帮助最大限度地减少冲突，从而提高数据传输效率。请按正确的顺序排列下述步骤。

• 定时器到期后，所有主机的传输优先级都相同。
• 以太网网段中的每台设备暂停传输一段时间，知道定时器到期。
• 冲突导致执行随机后退算法。
• 拥堵信号告诉所有的设备发生了冲突。

答：4 3 2 1

2.7.3 书面实验 2.3：布线

​ 在下述各种情形下，请判断应使用直通电缆、交叉电缆还是反转电缆。

​ （1）主机到主机。

​ （2）主机到交换机或集线器。

​ （3）路由器到主机。

​ （4）交换机到交换机。

​ （5）路由器到交换机或集线器。

​ （6）集线器到集线器。

​ （7）集线器到交换机。

​ （8）主机到路由器的控制台串行通信（COM）端口。

答：（1）交叉电缆，（2）直通电缆，（3）交叉电缆，（4）交叉电缆，（5）直通电缆，（6）交叉电缆，（7）交叉电缆，（8）反转电缆

2.7.4 书面实验 2.4：封装

​ 按正确的顺序排序下属封装过程。

• 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。
• 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。
• 用户信息被转换为数据，以便通过网络传输。
• 帧被转换为比特，并使用数字编码和时钟同步方案。
• 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 5 2 1 4

2.8 复习题

（1）IEEE 以太网帧包含哪些字段（选择两项）？

​ A. 源 MAC 地址和目标 MAC 地址

​ B. 源网络地址和目标网络地址

​ C. 源 MAC 地址和目标 MAC 地址以及源网络地址和目标网络地址

​ D. FCS 字段

答：A、D。以太网帧包含如下字段：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。

（2）下面哪两项是半双工以太网相对于全双工以太网的特征？

​ A. 半双工以太网运行在一个共享的冲突域中

​ B. 半双工以太网运行在一个专用的冲突域中

​ C. 半双工以太网的有效吞吐量更高

​ D. 半双工以太网的有效吞吐量更低

​ E. 半双工以太网运行在一个专用的广播域中

答：A、D。半双工以太网运行在一个共享介质（冲突域）中，其有效吞吐量比全双工以太网低。

（3）你想实现不易受 EMI 影响的网络，应使用哪种电缆？

​ A. 粗同轴电缆 B. 细同轴电缆 C. 5 类 UTP 电缆 D. 光纤

答：D。光纤更安全、传输距离长、速度高且不易受 EMI 的影响。

（4）下面哪 3 种连接可使用全双工模式？

​ A. 集线器到集线器 B. 交换机到交换机 C. 主机到主机

​ D. 交换机到集线器 E. 交换机到主机

答：B、C、E。集线器不能在全双工模式下运行。在两台支持全双工的设备之间，必须使用点到点连接来运行全双工。在交换机和主机之间可运行全双工，但集线器不能以全双工模式运行。

（5）在交换机之间使用哪种 RJ45 UTP 电缆？

​ A. 直通电缆 B. 交叉电缆 C. 带 CSU/DSU 的交叉电缆

​ D. 在这两台交换机中添加一台路由器，并使用交叉电缆分别连接到路由器

答：B。要连接两台交换机，可使用 RJ45 UTP 交叉电缆。

（6）冲突发生后，以太网 LAN 中的主机如何知道何时开始传输（选择两项）？

​ A. 在 CSMA/CD 冲突域中，多台工作站可同时传播数据

​ B. 在 CSMA/CD 冲突域中，工作站必须等到介质未被占用时才传输

​ C. 可通过添加集线器来改善 CSMA/CD 网络

​ D. 冲突发生后，检测到冲突的工作站有优先权重传丢失的数据

​ E. 冲突发生后，所有工作站都运行随机后退算法。后退延迟阶段过后，所有工作 站的数据传输优先级都相同

​ F. 冲突发生后，涉及的所有工作站都运行相同的后退算法，然后在传输数据前彼此同步

答：B、E。以太网网段中正在传输的工作站侦听到冲突后，他将发送一个扩展拥堵信号，以确保所有工作站都知道发生了冲突。收到拥堵信号后，每个发送方都等待预先确定的时间和一段随机时间。这两个定时器都到期后，工作站便可传输了，但在传输前必须确保介质是空闲的，且所有工作站的优先级都相同。

（7）将 PC 的 COM 端口连接到路由器或交换机的控制台端口时，应使用那种类型的 RJ45 UTP 电缆？

​ A. 直通电缆 B. 交叉电缆 C. 带 CSU/DSU 的交叉电缆 D. 反转电缆

答：D。要连接到路由器或交换机的控制台端口，可使用 RJ45 UTP 反转电缆。

（8）二进制值 101 10111 对应的十进制值和十六进制值分别是多少？

​ A. 69/0x2102 B. 183/B7 C. 173/A6 D. 83/0xC5

答：B。略。

（9）以太网使用下面哪种竞用机制？

​ A. 令牌传递 B. CSMA/CD C. CSMA/CA D. 主机轮询

答：B。以太网使用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD），这是一种帮助设备平等地共享带宽的协议，可避免两台设备同时在网络介质上传输数据。

（10）在CSMA/CD 中，后退算法计算得到的延迟过后，哪些主机有优先权？

​ A. 所有主机的优先级都相同 B. 导致冲突的两台主机的优先级相同

​ C. 发生冲突后发送拥堵信号的主机有优先权

​ D. MAC 地址最大的主机有优先权

答：A。后退算法计算得到的时间过后，所有主机的数据传输优先级都相同。

（11）下面哪种说法是正确的？

​ A. 全双工以太网使用一对导线 B. 全双工以太网使用两对导线

​ C. 半双工以太网使用两对导线 D. 全双工以太网使用三对导线

答：全双工以太网使用两对导线。

（12）下面哪种有关全双工的说法是错误的？

​ A. 在全双工模式下不会发生冲突

​ B. 每个全双工节点都必须有一个专用的交换机端口

​ C. 在全双工模式下冲突很少

​ D. 主机的网卡和交换机端口都必须能够在全双工模式下运行

答：C。全双工模式下不会发生冲突。

（13）下面哪种有关 MAC 地址的说法是正确的？

​ A. MAC 地址也称逻辑地址，长 48 位（6 B），用十六进制格式表示

​ B. MAC 地址也称硬件地址，长 64 位（8 B），用十六进制格式表示

​ C. MAC 地址也称硬件地址，长 48 位（6 B），用二进制格式表示

​ D. MAC 地址也称硬件地址，长 48 位（6 B），用十六进制格式表示

答：D。MAC 地址也叫硬件地址，长 48 位（6 B），用十六进制格式表示。

（14）MAC 地址的哪部分称为组织唯一标识符（OUI）？

​ A. 前 24 位（3 B） B. 前 12 位（3 B）

​ C. 前 24 位（6 B） D. 前 32 位（3 B）

答：A。MAC 地址的前 24 位（3 B）称为组织唯一标识符（OUI）。

（15）OSI 模型的哪一层负责将比特合并成字节，并将字节合并成帧？

​ A. 表示层 B. 数据链路层 C. 应用层 D. 传输层

答：B。OSI 模型的数据链路层负责将比特合并成字节，并将字节合并成帧。

（16）下面哪个术语表示不希望发生的相邻线对之间的信号干扰？

​ A. EMI B. RFI C. 串扰 D. 衰减

答：C。不希望发生的相邻线对之间的信号干扰称为串扰。

（17）下面哪项是 IEEE 802.3u 标准的一部分？

​ A. 100Base2 B. 10Base5 C. 100Base-TX D. 1000Base-T

答：C。IEEE 802.3u是速度为 100 Mbit/s 的快速以太网，包括 100Base-TX、100BaseT4 和 100Base-FX。

（18）10GBase-Long Wavelength 称为哪种 IEEE 标准？

​ A. 802.3F B. 802.3z C. 802.3ab D. 802.3ae

答：D。标准 IEEE 802.3ae 定义了 10Gbase-SR、10Gbase-LR、10Gbase-ER、10Gbase-SW、10Gbase-LW 和 10Gbase-E。

（19）1000Base-T 是下面哪种 IEEE 标准？

​ A. 802.3F B. 802.3z C. 802.3ab D. 802.3ae

答：C。IEEE 802.3ab 标准定义了使用双绞线的 1Gbit/s 以太网。

（20）建立 HyperTerminal 连接时，必须将比特率设置为什么值？

​ A. 2400 bit/s B. 1200 bit/s C. 9600 bit/s D. 6400 bit/s

答：C。建立 HyperTerminal 连接时，必须将比特率设置为 9600 bit/s。