【25软考网工】第三章（2）以太网帧结构与封装、以太网物理层标准

一、以太网帧结构与封装

1. 以太网帧结构

·同步字段（8字节）：前7字节为前导字段（固定模式10101010，其他6个一样），1字节为帧起始符（10101011），用于时钟同步，不计入帧长

·目标地址、源地址（6字节，即48位）：均为MAC地址，老系统曾用2字节格式已淘汰

·长度字段（2字节）：2字节标识数据部分长度

·数据（0-1500）与填充（0-46）：数据部分0-1500字节，当数据不足46字节时必须填充至46字节（由于以太网最小帧长为64字节，需要填充至64字节）

·校验和（4字节）：4字节CRC循环冗余校验码

• 最小帧长64字节（目标地址+源地址+长度+填充+校验和）：6+6+2+46+4=64
• 最大帧长1518字节（目标地址+源地址+长度+数据+填充+校验和）：6+6+2+1500+4=1518（不含VLAN标签）

传输效率：

• 最大效率98.8%：1500/1518
• 最小效率71.9%：46/64​

2. 以太网报文封装 （数据链路层）

传输层封装：

• TCP报头：默认20字节
• UDP报头：默认8字节

网络层封装：IP报头默认20字节 数据链路层封装：

• 以太网报头：14字节（6字节目的MAC+6字节源MAC+2字节类型字段）
• 以太网尾部：4字节CRC校验和

MTU范围：46-1500字节，对应数据链路层有效载荷 封装关系：

• TCP段 = TCP报头 + 应用数据
• IP数据包 = IP报头 + TCP段
• 以太网帧 = 以太网报头 + IP数据包 + 以太网尾部

3. 应用案例

1）例题:以太网传送最大TCP段字节

解题关键：以太网MTU 1500字节扣除IP头20字节

计算过程：1500−20=1480字节

易错点：容易忽略IP头开销直接选1500

答案：A.1480

2）例题:以太网数据帧封装

结构分析：目的MAC(6)+源MAC(6)+类型(2)+IP头(20)+数据+CRC(4)

计算逻辑：最大1500字节中，IP数据部分=1500-IP头20=1480

答案：C.1480

3）例题:主机采用以太网接入Internet

封装层次：应用数据→TCP报头20字节→IP报头20字节→以太网帧

逐层扣除：

• 以太网MTU：1500字节
• 扣除IP头：1500−20=1480
• 再扣除TCP头：1480−20=1460

关键区别：此题问TCP段内数据字段，非IP数据部分

答案：B.1460

4）例题:UDP段可容纳的最大负载字节

长度字段：UDP总长度16位，最大值21^6−1=655352字节

头部开销：固定8字节（源端口2+目的端口2+长度2+校验和2）

负载计算：65535−8=65527字节

特殊说明：此计算不涉及以太网MTU限制

答案：C.65527

知识小结

二、以太网物理层标准

1. 以太网物理层规范

1）以太网的发展

• 发展历程: 从10M以太网发展到快速以太网(百兆)、千兆以太网、万兆以太网，直至现在的400G/800G以太网技术
• 标准代号: 最原始的10M以太网标准为IEEE 802.3，这是考试常考的基础知识点
• 应用范围: 局域网中基本都采用以太网技术，应用极其广泛

2）以太网（10M)物理层规范

标准代号: IEEE 802.3 命名结构: <传输速率Mbps><信号方式><最大传输距离（百米）或介质类型>

• 例：100BASE-T中，100表示100Mbps，BASE表示基带传输，T表示双绞线

信号类型:

• 基带传输：传输数字信号（大部分标准采用）
• 宽带传输：传输模拟信号（如10Broad36标准）

传输距离特点:

• 数字信号一般传输几百米
• 模拟信号传输距离更远（如10Broad36可传3600米）

介质类型代码:

• T：双绞线
• F：光纤
• 数字：表示传输距离（如5表示500米）

3）快速以太网（100M)物理层规范

标准代号: IEEE 802.3u 重点掌握:

• 各标准使用的传输介质（双绞线/光纤）、属性、传输距离表格
• 使用线对数（2对或4对）
• 是否屏蔽（STP/UTP）

编码方式: 100Base-TX采用4B/5B编码 传输距离:

• 多模光纤(MMF)：2km
• 单模光纤(SMF)：40km

4）示例

1.例题:快速以太网标准

考点: 识别使用5类UTP的标准

分析:

• 100BASE-TX使用5类UTP
• 100BASE-T4使用3类UTP
• 100BASE-FX使用光纤

答案: C(100BASE-TX)

2.例题:快速以太网传输介质

考点: 100BASE-T4使用的传输介质

关键记忆点: 100BASE-T4使用3类UTP

答案: A(3类UTP)

5）千兆以太网（1000M)物理层规范

标准代号:

• IEEE 802.3z（包含3个子标准）
• IEEE 802.3ab（仅1000BASE-T）

关键特点:

• 1000BASE-T需要4对双绞线，传输距离100米
• 1000BASE-LX可使用单模/多模光纤
• 1000BASE-CX使用屏蔽双绞线，两对STP，仅25米传输距离（考试高频考点）

编码方法: 主要采用8B/10B 特殊标准:

• 1000BASE-ZX：单模光纤，传输距离70km（实际应用可达更远）

3.例题:千兆以太网标准中传输距离

考点: 各标准传输距离比较

关键记忆:

• CX：25米（屏蔽双绞线）
• SX：550米（多模光纤）
• LX：5km（单模光纤）
• ZX：70km（单模光纤）

答案: D，选择传输距离最长的标准

4.例题:千兆以太网标准采用屏蔽双绞线和采用长波光纤的标准

第一问考点: 采用屏蔽双绞线的标准

• 只有1000BASE-CX使用STP
• 答案: C(1000BASE-CX)

第二问考点: 使用长波1330nm光纤的标准

• 1000BASE-LX使用长波(1270-1355nm)
• 答案: B(1000BASE-LX)

5.例题:千兆以太网标准代号

考点: 各代以太网标准代号

• 以太网10M：802.3
• 快速以太网100M：802.3u
• 千兆以太网1000M：802.3z/ab
• 万兆以太网10G：802.3ae

答案: C(千兆以太网)

6.例题:高速以太网连接技术传输距离

考点: 识别传输距离超过10km的标准

关键数据:

• CX：25米
• LX：5km（教材）或10km（实际）
• ZX：70km

答案: B(1000BASE-ZX)

6）万兆以太网（10G)物理层规范

标准代号: IEEE 802.3ae 关键特点:

• 点到点线路，不再共享带宽
• 无冲突检测机制，不支持CSMA/CD
• 采用与传统以太网相同的帧结构

主要标准:

• 10GBase-S：最短距离（65m-300m）
• 10GBase-L：10km
• 10GBase-E：40km（最长）
• 10GBase-LX4：支持波分复用(WDM)

7）光模块适当扩展

光模块类型与速率:

• SFP：1G
• SFP+：10G
• QSFP+：40G
• SFP28：25G/100G

高速以太网标准:

• 25G：802.3by
• 40G/100G：802.3ba

应用场景:

• 25G：数据中心服务器到交换机连接
• 40G：数据中心主干
• 100G：运营商网络

7.例题:万兆以太网标准中传输最远的标准

考点: 万兆标准传输距离比较

关键数据:

• S：300m
• L：10km
• E：40km
• LX4：10km

答案: D(10GBASE-E)

8.例题:单模光纤传输距离

考点: 10GBase-ER(即10GBase-E)的传输距离

关键记忆: 10GBase-E使用单模光纤，最大传输距离40km

答案: D(40公里)

知识小结