1. 乙太網路（Ethernet）簡介 以下為 陳大為 台灣思科產品技術經理 之著作
乙太網路(Ethernet)的標準規格是由IEEE 802.3工作群組制定，1983年6月正式發表了10BASE-5之乙太網路標準，隨著實際環境及應用上之需求。IEEE 802.3工作群組分別在1985年11月及1990年9月發表了大家所常見的10BASE-2以及10BASE-T之乙太網路標準。而為因應資訊環境的需求，又陸續在1995年6月及1998年6月，發表了IEEE 802.3u 100BASE-T高速乙太網路(Fast Ethernet)標準及IEEE 802.3z 1000BASE-X 超高速乙太網路(Gigabit Ethernet)標準。
一般人在對應10Mbps、100Mbps、1000Mbps乙太網路介面至IEEE 802.3標準時，大多會將10BASE-5、10BASE-2及10BASE-T泛稱為IEEE 802.3標準，另外，再將100Mbps高速乙太網路及1000Mbps超高速乙太網路分別對應至IEEE 802.3u及IEEE 802.3z。事實上10BASE-2之標準應為IEEE 802.3a，而10BASE-T之標準應該為IEEE 802.3i。此外，超高速乙太網路尚有1999年7月所發表的IEEE 802.3ab 1000BASE-T介面。

2. 問題 (1/2) OSI 7-layer? What is LAN? 如何連結電腦形成一個LAN? 是什麼網路卡?我們常用到那些網路卡?
網路卡的工作是什麼?
請想像Ethernet MAC layer frame應該要有那些欄位，才能讓對方得到足夠的資訊。

3. 問題 (2/2) 同一LAN中的許多電腦同時透過Ethernet送出frames，會不會有問題？
What is Multiple Access？
如何用 CSMA/CD 的方式讓各個電腦可以在 bus 上達到相互通訊的目的？
CSMA/CD是好的方法嗎？有沒有其他方法？
如何讓Ethernet傳輸速度從最早10Mbps不斷增加再增加？
Ethernet 成功的原因？

4. 目前最常見的網路─ 乙太網路（Ethernet）
定義了網路傳輸媒介的實體特性（實體層）與如何共用傳輸媒介做資料傳送（媒體存取控制層）的網路協定
與IEEE 802.3類似

5. Ethernet 網路線路的介紹 10Base5：thick wire Ethernet 10 Base2 Ethernet 10BaseT
50W同軸電纜（Coaxial cable）
AUI接頭
10 Base2 Ethernet
50W RG-58A/U同軸電纜
BNC接頭
10BaseT
雙絞線（Twisted Pair）、 RJ-45接頭、集線器 1 2 3 5 4
Bus Topology
最早的 Ethernet 是 10Base5 1 5 4 3 2
data
Switch
Start Topology

6. 網路線路的比較

7. 高速乙太網路（Fast Ethernet）
100 BaseT Ethernet
100BaseX 仍同10BaseT用二對的雙絞線。
100Base4T使用四對的雙絞線傳輸資料。
延用傳統的原 10BaseT 網路的配線系統、frame format、max packet size，但速度提昇為100Mbps（減少每個bit傳輸時間）。

8. 超高速乙太網路（Gigabit Ethernet）
保有原CSMA/CD的網路的配線系統但速度提昇為1000Mbps
向下（Ethernet、Fast Ethernet）相容
使用光纖或 Category 5 的UTP
使用光纖需要1000base光電轉換器
做為backbone或與server連接的技術
IEEE 802.3ab 1000Base-T或 IEEE 802.3z 1000Base-SX/LX
Cisco 的 gigabit Ethernet 的設備
gigabit speed transmission up to 100m over Category 5 cabling
Ideally suited for applications such as server farm aggregation
14-port or 16-port Gigabit Ethernet module with RJ-45 interfaces
在gigabit Ethernet前都是可選用 full duplex或half duplex. 所以若是 fast Ethernet, 最快速率是 200Mbps
若用UTP是 100m, 使用光纖的目的在加長距離, multi-mode 可到 500m, single-mode 可到 10km
IEEE 802.3ab standards compliant

9. 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, 與之前 Ethernet 規格差別很大 使用的範例
使用 Optical Fiber, Full-duplex
與舊有Ethernet的frame format、max packet size相同
使用的範例
Server interconnect for clusters of servers
Links between switches and servers
Backbone
Very high-speed connections between buildings
Draft standard: IEEE 802.3ae. 與之前 Ethernet 規格差別很大, 只能使用 Optical Fiber, 使用 Full-duplex, 意味 collision detection 不再需要了. 但仍是 Ethernet, 仍有相同的 format, 使得能與舊規格並存.
同時為避免舊有投資 (ex: SONET) 的成為浪費, 規格的制定也致力使 Ethernet packet 可從 SONET 上經過.
Ex: Cisco series
Very high bandwidth
Relatively low cost
Scalability from 10 Mbps to 10,000 Mbps
LAN applications of 10 Gigabit Ethernet include:
Server interconnect for clusters of servers
Links between switches and servers
Aggregation of multiple 1000BASE-X or 1000BASE-T segment into 10 Gigabit Ethernet downlinks
Very high-speed connections between buildings

10. Ethernet 的媒體存取控制層（MAC Layer） ─ CSMA/CD

11. Ethernet frame格式（1） 定義MAC layer 的frame格式
來源電腦（Source）接受來自上層的資料（Data），將其包裝成 frame 送給目的地電腦（Destination）接收。

12. Ethernet frame格式（2） Preamble：由1010組成的位元串，最後以10101011結束。達成接收雙方同步的功能。
Destination：目的地電腦的MAC 位址。以最高位元LSB區分為
LSB=0：physical MAC address
LSB=1：multicast
6 bytes 全為1：Broadcast
Source ：來源電腦的 MAC 位址
48bit Ethernet address, 前24 bits是廠商, 後 24bits 是 sequence #.

13. Ethernet frame格式（3） Type：代表上層所使用的協定。
0800H：IP
0600H：XNS (全錄的 protocol suit)
Data：來自上層長度為 bytes的資料。當長度不足46 bytes時，需補足。
Why？
FCS：Frame Check Sequence，使用 32-bits CRC 來檢查 address、type、data。
Type: 在 single host 上, 允許 multiple protocol 可在 Ethernet 上使用.

14. Ethernet 的架構 廣播式傳輸（broadcast）
當有2個電腦同時送出frame，將造成frame的碰撞（collision），無法辨識，必須將其丟棄
使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，載波感應多重存取/碰撞偵測）
盡可能的傳輸（Best Effect）

15. 無Collision 發生

16. Collision 發生 B在A之frame到達前便將資料送出，發生collision。 A發現網路上雜訊，知道發生collision。
最差的情況所需時間即為round-trip propagation delay
資料在最遠的2個電腦間來回傳遞一次所需的時間
jamming:人為干擾

17. Round-trip Propagation Delay
由於一開始 Hardware 的限制，因此 2 Hosts 間最遠可達 2800m，再加上一些元件的 delay，算出 Round-trip Propagation Delay 約為 ms。
但希望定出的值為 2 的冪次方。
Ethernet 將 Round-trip Propagation Delay 定為51.2 ms。

18. CSMA/CD監聽時間 Ethernet 將round-trip propagation delay 定為51.2 ms 。
電腦A必須監聽網路 51.2 ms 才可得知是否有發生collision。
Worst Case：A送出frame 到收到雜訊的時間。

19. CSMA/CD 通訊協定 1. 先監聽網路上是否有其他電腦正在傳送frame資料，一直監聽到沒有訊號。
2. 若沒有聽到網路上有frame，將自己的 frame送出；若有則繼續監聽，直到訊號消失，則將frame送出。
3. 繼續監聽網路（51.2 ms），若發生frame的碰撞（collision），則送出擾亂訊號（Jamming Signal）。
4. 以二元指數退後演算法設定一段時間後再重新開始步驟 1。

20. CSMA/CD 隨機延遲時間
若發生collision，電腦會以亂數設定一隨機延遲時間（random delay time）r，儘可能使兩台電腦的延遲時間不相同。
二元指數退後演算法
n：連續發生collision的次數（n16）
k = min (n，10)
r  { 0、1、... 、2k-1} ， r的單位為round-trip propagation delay （51.2 ms），

21. Examples of Binary Exponential Backoff Algorithm
第一次 Collision：n=1、k=min(n,10)=1 r  { 0、1}
Host 有一半的機率立刻Listen與重傳。
另一半的機率要等51.2 ms才能監聽與重傳。
第二次 Collision：n=2、k=min(n,10)=2 r  { 0、1、2、3}
可能是等 0ms、51.2 ms、51.2×2 ms、51.2×3 ms才能監聽與重傳。

22. Data Size Limitation
當 Frame 太短，Frame 可能在 Collision 尚未偵測完便已傳送完畢，傳送結果成功或失敗無法確定。
51.2ms 可傳送 51.2ms×10MHz＝64 bytes
每一個 Frame 的 size 必須大於 64 bytes。
除去 FCS 等資料，data size 必須大於 46 bytes。
避免一 Host 占用網路過久，限定data size 必需小於 1500 bytes。

23. 因採用CSMA/CD造成的影響 訊號從想要送出，到真正送出的時間無法預期 電腦相互競爭，頻寬使用不保證公平 高負載時，頻寬使用率低
不適用在具有時效性（real time）的多媒體資訊

24. Properties of an Ethernet
Shared bus technology（broadcast）
Lowest level hardware does not support addressing.
Best-effort delivery mechanism
No central authority to grant access
Each transmission is limited in duration.

25. 802 系列 SMTP、FTP、HTTP SNMP、DNS UDP TCP IP Ethernet 光纖、雙絞線、無線通訊、同軸電纜
802.3 CDMA/CD
802.4 Token-bus
802.5 Token-ring
Wireless LAN
VG-AnyLAN
TCP IP
802.3 CDMA/CD
802.4 Token-bus
802.5 Token-ring
Wireless LAN
VG-AnyLAN :具有 QoS 之 high speed LAN (tree 架構)
802.2 LLC (Logic Link Control)
Ethernet
802.11
802.3
802.4
802.5
802.12
光纖、雙絞線、無線通訊、同軸電纜

26. 802.3 通訊協定 Ethernet is compatible to 802.3 Length: # of bytes in LLC
Preamble
Source
Destination
Length
LLC Data
FCS
位元組 8 6 2 4
bytes
目的地位址
來源位址 長度
來自上層LLC的資料

27. 802.3 通訊協定流程圖