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以太网编码与封装 ​

TIP

编码是物理层的编码技术，这里放在本章统一介绍。

以太网编码技术 ​

什么是编码 (Encoding)？ 编码 是将数据转换为适合在线缆中传输的电信号或光信号的过程。编码的主要作用有：

  • 时钟同步：帮助接收端从数据中恢复时钟，防止数据错乱。
  • 错误检测：可以检测数据传输中的错误，减少传输故障。
  • 信号平衡：使信号电平平衡，防止直流偏移，提升传输稳定性。
  • 提高传输效率：用高效的编码方式，传输更多数据，占用更少的带宽。

常见以太网标准 ​

以太网标准速率编码方式传输介质接口类型
10BASE-T10 Mbps曼彻斯特编码双绞线RJ45
100BASE-TX100 Mbps4B/5B + MLT-3双绞线RJ45
1000BASE-T1 GbpsPAM-5双绞线RJ45
1000BASE-SX1 Gbps8B/10B多模光纤LC/SFP 接口
1000BASE-LX1 Gbps8B/10B单模光纤LC/SFP 接口
10GBASE-T10 GbpsPAM-16双绞线RJ45
10GBASE-SR10 Gbps64B/66B多模光纤LC/SFP+ 接口
10GBASE-LR10 Gbps64B/66B单模光纤LC/SFP+ 接口
40GBASE-SR440 Gbps64B/66B多模光纤MPO/MTP 接口
100GBASE-LR4100 Gbps64B/66B单模光纤LC/CFP/QSFP28 接口

以太网封装（Ethernet Frame Encapsulation）简介 ​

TIP

以太网封装是将数据打包为帧（Frame）的过程，使数据通过以太网标准传输。以太网帧封装的结构遵循 IEEE 802.3 标准，通常由以下几部分组成。

  1. 前导码(Preamble, 7字节) + SFD(1字节): 用于同步收发双方的时钟，确保数据能正确识别。

    • 帧起始分隔符(Start Frame Delimiter): 标记以太网帧的正式开始。通过SFD最后一位“1”，接收方知晓前导码的结束和数据帧的开始位置。

  2. 目标 MAC 地址 (Destination MAC Address, 6字节): 表示数据的接收方 MAC 地址。

  3. 源 MAC 地址 (Source MAC Address, 6字节): 表示发送方的 MAC 地址。

  4. 类型/长度 (Type/Length, 2字节): 指示数据的协议类型（如 IPv4/IPv6）或数据长度。

    • 0x0800 表示 IPv4
    • 0x86DD 表示 IPv6

  5. 数据字段 (Payload): 承载实际传输的数据，最小 46 字节，最大 1500 字节。

  6. 填充 (Padding, 可选): 当数据小于 46 字节时，用 0 填充，使数据字段达到最小长度。

  7. 帧校验序列 (Frame Check Sequence, FCS, 4字节): 用于 CRC（循环冗余校验）检查，确保数据传输的完整性。

ethernet_encapsulation