以太网通信

电子与信息技术领域术语

以太网是一种基带局域网技术，以太网通信是一种使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测机制的通信方式，数据传输速率达到1Gbit/s，可满足非持续性网络数据传输的需要。

以太网通信原理

以太网中所有的站点共享一个通信信道，在发送数据的时候，站点将自己要发送的数据帧在这个信道上进行广播，以太网上的所有其他站点都能够接收到这个帧，他们通过比较自己的MAC地址和数据帧中包含的目的地MAC地址来判断该帧是否是发往自己的，一旦确认是发给自己的，则复制该帧做进一步处理。

因为多个站点可以同时向网络上发送数据，在以太网中使用了CSMA/CD协议来减少和避免冲突。需要发送数据的工作站要先侦听网络上是否有数据在发送，如果有的只有检测到网络空闲时，工作站才能发送数据。当两个工作站发现网络空闲而同时发出数据时，就会发生冲突。这时，两个站点的传送操作都遭到破坏，工作站进行1-坚持退避操作。退避时间的长短遵照二进制指数随机时间退避算法来确定。

以太网中的帧格式定义了站点如何解释从物理层传来的二进制串，即如何在收到的数据帧中分离出各个不同含义的字段。因为历史发展的原因，存在着多个以太网帧格式，包括了DIX(DEC，Intel，Xerox三家公司)和IEEE 802．3分别定义的不同的几种帧格式，但是TCP/IP互联网体系结构中广泛使用的是DIX于1982年定义的Ethernet V2标准中所定义的帧格式，它是以太网的事实标准。

Ethernet V2帧结构包括6字节的源站MAC地址、6字节的目标站点MAC地址、2字节的协议类型字段、数据字段以及帧校验字段，MAC地址是一个六个字节长的二进制序列，全球唯一的标识了一个网卡。

以太网帧中各个字段含义如下：

(1)前同步信号字段。包括七个字节的同步符和一个的起始符。同步字符是由7个0和1交替的字节组成，而起始符是三对交替的0和1加上一对连续的l组成的一个字节。这个字段其实是物理层的内容，其长度并不计算在以太网长度里面。前同步信号用于在网络中通知其他站点的网卡建立位同步，同时告知网络中将有一个数据帧要发送。

(2)目的站点地址。目的站点的MAC地址，用于通知网络中的接收站点。目的占地MAC地址的左数第一位如果是0，表明目标对象是一个单一的站点，如果是1表明接收对象是一组站点，左数第二位为0表示该MAC地址是由IEEE组织统一分配的，为1表明该地址是自行分配的。

(3)源站地址。帧中包含的发送帧的站点的MAC地址，这是一个6字节的全球唯一的二进制序列，并且最左的一位永远是0。

(4)协议类型字段。以太网帧中的16位的协议类型的字段用于标识数据字段中包含的高级网络协议的类型，如TCP、IP、ARP、IPX等。

(5)数据字段。数据字段包含了来自上层协议的数据，是以太帧的有效载荷部分。为了达到最小帧长，数据字段的长度至少应该为46字节，等于最小帧长减去源地址和目的地址帧校验序列以及协议类型字段等的长度。同时以太网规定了数据字段的最大长度为1500字节。

(6)帧校验字段。帧校验字段是一个32位的循环冗余校验码，校验的范围不包括前同步字段。

以太网通信协议

比较通用的以太网通信协议是TCP/IP协议，TCP/IP协议与开放互联模型ISO相比，采用了更加开放的方式，它已经被美国国防部认可，并被广泛应用于实际工程。TCP/IP协议可以用在各种各样的信道和底层协议(如T1、X.25以及RS一232串行接口)之上。确切地说，TCP/IP协议是包括TCP协议、IP协议、UDP(User Datagram Proto—c01)协议、ICMP(Internet Control Message Protoc01)协议和其他一些协议的协议组。

TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的七层抽象参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。而TCP/IP通讯协议采用了四层结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这四层分别为：

(1)应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输协议(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。

(2)传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议(TCP)、用户数据包协议(UDP)等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

(3)网络层：负责提供基本的数据包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收)，如网际协议(IP)。

(4)接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

应用

基于以太网通信的断路器智能控制器设计

针对智能电器的网络化发展趋势，提出了一种基于以太网通信的断路器智能控制器的设计方案：以DSP芯片TMS320F2812为核心，并选用RTL8019AS进行以太网通信控制。

该设计采用以太网控制器 RTL 8019AS与 T MS 320F 2812相连，通过网络隔离器后，接入以太网中。 RTL 8019AS是一种兼容 NE 2000的高度集成的以太网控制器，它实现了以太网的媒介访问层和物理层的功能，包括 MAC数据帧的组装/拆分与收发、地址识别、CRC编码校验、曼彻斯特编解码、接收噪声抑制、输出脉冲成形、超时重传、链路完整性检测、信号极性检测与纠正等。

基于以太网通信的遥控键盘设计与实现

在某些情况下，程序开发人员需要对计算机的键盘进行控制，此种控制分为两种情况，一种情况是在本地进行计算机键盘控制，比如 Windows 操作系统自带的软键盘，可以实现计算机键盘的操作效果；另外一种情况是在远端对计算机键盘进行控制，比如无线键盘，但是可能存在信号遮挡和距离受限问题。

由此提出了了一种基于以太网通信的有线遥控键盘，可以实现对计算机键盘进行远距离控制。该遥控键盘是通过有线的方式，实现对键盘的远距离控制。

遥控键盘可以是用户自行设计的硬件实体键盘，也可以是远端软件键盘或者远端键盘控制程序模块。遥控键盘的使用方式为：将遥控键盘通过以太网和实体计算机进行连接，用户通过遥控键盘上的操作，实现对计算机的操作控制。

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