1 1 以太网技术基础
1.1 以太网的历史
最初的以太网模型是1972年的Alto Aloha Network，以太网使用的共享媒体技术是从纯aloha、分时隙aloha一直演进到csma/cd。最初的以太网是真正共享媒体的技术，包括10base2和10base5。由于这两种技术存在工程安装的困难，出现了采用集线器（HUB）互连的以太网10BASET。这几种以太网的技术都是半双工的，因此网络上都可能存在冲突，每一个网络都是一个冲突域，因此冲突检测机制是必须的组件。后来出现了网桥或二层交换机，它是在MAC层互连不同的网络，不同端口所连接的网络是不同的冲突域，因此在不同的端口之间不需要CSMA/CD，而且每个网桥端口都支持全双工，理论上，在全双工的方式下，网桥各端口所互连的网络都不需要冲突检测机制。
1.2 以太网的帧结构
以太网的帧结构分为两种：EthernetII格式和802.3格式。这二者的不同在于以太网帧承载的载荷前面究竟是长度（802.3格式）还是帧类型（EthernetII格式）。所有的EthernetII的类型域的值必须大于1536，而所有的802.3的长度域的值必须小于或等于1536。以太网的MAC地址分为全球独一无二的地址和试验性地址（体现在MAC地址的U/L比特），以及每种地址的单播、广播、组播地址（体现在MAC地址的G/I比特）。MTU是各种网络的数据帧所承载的载荷长度，例如以太网最大帧长可以为1518或1522（在加上VLAN TAG时），而最大MTU始终是1500字节。以太网的MTU最小是46字节的原因是由于共享媒体的以太网的冲突检测机制造成的，如果一帧过短，则共享媒体的另一台机器很有可能检测不到该帧的发送，故也发送了一帧，结果双方都不能检测到冲突，所以要有最小帧长。但是该种限制只是在共享媒体（半双工）的网络上会存在，对于交换式网络（全双工），理论上是不存在的。
1.3 以太网的常见媒体
在使用铜缆搭建的以太网中最常见的媒体是双绞线，双绞线内有4对线，遵循TIA/EIA-568-A标准。线序为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。双绞线采用的接口标准经常是RJ45。
在使用光纤搭建的以太网中常见的几种物理媒体是单模或多模光纤，常见的光纤接口包括SC，LC，FC，MTRJ，光模块类型包括SFP，GBIC。
光模块或光接口的常见标准是100BASE-FX或1000BASE-SX/LX，其中100BASE-FX使用多模光纤，而1000BASE-SX使用多模光纤，1000BASE-LX即可以使用多模光纤也可以使用单模光纤。
1.4 自协商机制
自协商机制有两种，一种称为：Autonegotiation，另一种称为：Autosensing/Speed Detection
Autonegotiation包含以下要点：标准的协商速度的握手机制，自动配置到最可能的连接（也就是100M全双工之类），能够和旧的或不支持自协商的设备互连。Autosensing/Speed Detection包含以下要点：仅仅自动配置到10M或100M，而不作双工设置。
10BASE-T的以太网接口（它只支持10M，不支持自协商）在链路UP之前会发送Link Test Pulse（LTP），该脉冲用以检测链路是否应该UP；而100BASE-T以太网接口（它只支持100M，不支持自协商）在链路UP之前会发送FAST ETHERNET IDLE流，用以检测链路是否应该UP。
支持自协商（Autonegotiation）的以太网接口则在链路UP之前发送FLP，FLP实际上是一组LTP和数据脉冲的组合，它们表明一种含义：例如我支持100M全双工。较旧的设备例如10BASE-T仍然将这些FLP识别为LTP，而自协商设备则能够识别FLP的含义并通过交互这种握手信息来使链路成为最优配置。如果自协商设备看到有一般的LTP（不是有特定含义的FLP）输入，它就将本端设置为10M半双工。如果自协商设备看到有FAST ETHERNET IDLE输入，它就将本端设置为100M半双工。以上所述的自协商机制只对10/100兆铜缆接口或千
兆光/电口有效，100BASE-FX不支持自协商。
下面举例说明10/100M 自协商的过程：
1． 两台支持自协商的设备互连
设备A和设备B都向外发送FLP，每台设备收到对端的FLP后在自己的FLP中将确认BIT置位，然后每台设备将自己的速率和双工设置为双方都支持的最优模式，并开始发送FAST ETHERNET IDLE，然后链路就UP了。
2． 一台自协商设备和10BASE-T设备
设备A向外发送FLP，而设备B发送普通LTP。设备A“平行检测”到对端的LTP后，将本端置为10M半双工。这种情况有个危险情况，就是当B是10M全双工时，A协商的结果也是10M半双工。
3． 一台自协商设备和100BASE-T设备
设备A向外发送FLP，而设备B发送FAST ETHERNET IDLE。设备A“平行检测”到对端的IDLE后，将本端置为100M半双工，并开始发送FAST ETHERNET IDLE。这种情况有个危险情况，就是当B是100M全双工时，A协商的结果也是100M半双工。
4． 自协商引起的双工不匹配案例
设备A是自协商状态，设备B虽然支持自协商，但却被设置为100M全双工，并且关闭自协商功能。故设备A发送FLP，而设备B发送FAST ETHERNET IDLE。设备A收到B的IDLE后就将本端设置为100M半双工，而设备B是强制的100M全双工，所以会出现下列问题：如果设备A和设备同时发送一帧，设备A会认为发送了冲突并破坏自己发送的帧并丢弃设备B的帧，然后试图重发自己的帧。而设备B则不会重发帧，并将设备A的帧看作是corrupted帧。所以设备A这一侧会纪录很多Late Collisions，而设备B则会纪录很多CRC ERROR帧。
5． 错误配置引起的连接不UP案例
设备A被配置为100M全双工并使能自协商，设备B被配置为100M半双工（或仅仅是半双工）并使能自协商。每台设备都收到对端的FLP但由于双工不匹配又无法更改本地的状态，所以链路不会UP。
6． 自协商设备和Autosensing设备的互操作问题 Autosensing设备不使用FLP，且将FLP识别为LTP。Autosensing设备初始时总是发送FAST ETHERNET IDLE，但是当收到了LTP或FAST ETHERNET IDLE后，本端会改变发送的脉冲，即收到了LTP，本端就发送LTP，收到了FAST ETHERNET IDLE，本端继续发送FAST ETHERNET IDLE。这就有写列情况：设备A是自协商设备，设备B是Autosensing设备。初始设备A发送FLP，设备B发送FAST ETHERNET IDLE，设备A收到FAST ETHERNET IDLE后将本端设置为100M半双工，并开始发送FAST ETHERNET IDLE；设备B肯定先收到A的FLP并将其识别为LTP，同时将本端设置为10M半双工，同时发送LTP。链路UP（设备A以后发送的FAST ETHERNET IDLE都被B认为是垃圾数据，A也可能不理会B的LTP）。这就
出现了一端10M，另一端100M的情况。
或者初始设备A发送FLP，设备B发送FAST ETHERNET IDLE，设备B先收到A的FLP并将其识别为LTP，同时将本端设置为10M半双工，并发送LTP；设备A收到B的LTP后并将本端设置为10M半双工，链路UP。
下面 说明1000M 自协商的过程：
千兆自协商和10/100兆自协商使用同样的机制，1000BASE-LX和1000BASE-SX使用自协商机制来协商双工和流控。1000BASE-T设备的自协商还会包含附加域（例如是MASTER还是SLAVE）的协商。千兆设备几乎没有半双工的情况（虽然可以协商），所以很多双工的问题都不存在了。
1． 1000BASE-LX和1000BASE-SX自协商和非自协商的互通
设备A使能自协商，设备B关闭自协商，这种结果是一端UP，一端DOWN或两端都不UP。
2． 1000BASE-T自协商和非自协商的互通
设备A使能自协商，设备B关闭自协商，这种结果是一端UP，一端DOWN或两端都不UP。但我司设备这种情况可以UP。