以太網中，數據的傳輸依賴于一系列標準化的技術規范，核心包括幀結構封裝、介質訪問控制機制和物理層編碼技術，具體如下：

1. 以“幀（Frame）”為基本傳輸單元

以太網在數據鏈路層將網絡層的數據包（如IP包）封裝為“以太網幀”，作為數據傳輸的基本單位。幀結構包含固定字段：

• 目的MAC地址（6字節）：接收設備的物理地址；
• 源MAC地址（6字節）：發送設備的物理地址；
• 類型/長度字段（2字節）：標識上層協議類型（如0x0800表示IP協議）或數據長度；
• 數據字段（46-1500字節）：封裝的上層數據（不足46字節時自動填充）；
• FCS校驗字段（4字節）：通過CRC循環冗余校驗檢測幀傳輸是否出錯。

這種結構化封裝確保數據在鏈路層的可靠識別和傳輸。

2. 介質訪問控制：從CSMA/CD到全雙工交換

• 傳統共享介質以太網（如10BASE-T）：采用CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監聽多路訪問） 機制，解決多設備共享同一物理介質的沖突問題：

  • 載波監聽：發送數據前檢測介質是否空閑；
  • 沖突檢測：發送時若檢測到信號沖突（多個設備同時發送），立即停止發送并等待隨機時間后重試。

• 現代交換式以太網：通過交換機實現全雙工通信，每個端口獨立連接設備，消除了共享介質的沖突問題，無需CSMA/CD，傳輸效率大幅提升。

3. 物理層編碼技術：適配不同速率與介質

根據速率和傳輸介質（雙絞線、光纖等），以太網采用不同的編碼技術將二進制數據轉換為物理信號：

• 10Mbps以太網（如10BASE-T）：使用曼徹斯特編碼，每個比特周期中間強制電平跳變（既表示數據，又提供時鐘同步）。
• 100Mbps以太網（如100BASE-TX）：采用4B/5B編碼（將4位數據轉為5位符號，保證直流平衡）+ MLT-3調制（減少信號跳變，適配雙絞線）。
• 1Gbps及以上以太網：
  • 1000BASE-T：8B/10B編碼（8位數據轉10位符號，效率80%）+ PAM-5調制（5級幅度，每符號承載2比特）；
  • 10Gbps及更高：64B/66B編碼（效率96.97%）+ PAM-4調制（4級幅度，每符號承載2比特），適配光纖或高等級雙絞線（如Cat6a）。

總結

以太網數據傳輸的核心是：以幀為單位封裝數據，通過CSMA/CD（共享介質）或全雙工交換（交換式網絡）實現介質訪問，結合適配速率和介質的物理層編碼技術，完成二進制數據到物理信號的轉換與傳輸。這一體系確保了以太網從早期10Mbps到現代400Gbps乃至更高速率的兼容與演進。

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為何不使用差分曼徹斯特編碼

以太網在發展過程中未采用差分曼徹斯特編碼，核心原因與其技術特性、以太網的設計目標（如速率提升、實現復雜度、兼容性）以及歷史演進路徑密切相關，具體可從以下幾方面分析：

1. 編碼效率與速率限制的沖突

差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼同屬“自同步編碼”，其編碼邏輯決定了每個比特需要至少一次電平跳變（中間跳變用于同步，起始跳變用于表示數據），這導致兩者的編碼效率均為50%（即傳輸1比特數據需占用2個單位的帶寬）。

對于早期以太網（如10BASE-T，速率10Mbps），這種效率尚可接受（實際占用20MHz帶寬），但隨著以太網向高速率演進（100Mbps、1Gbps乃至更高），50%的效率會導致帶寬需求翻倍（如100Mbps需200MHz帶寬），遠超普通雙絞線（如Cat5）的物理傳輸能力（高頻信號衰減嚴重）。

相比之下，以太網后續采用的編碼技術（如4B/5B效率80%、8B/10B效率80%、64B/66B效率96.97%）大幅提升了編碼效率，降低了對物理介質的帶寬需求，更適合高速傳輸。因此，效率低下的差分曼徹斯特編碼自然被淘汰。

2. 實現復雜度與成本問題

差分曼徹斯特編碼的邏輯比曼徹斯特編碼更復雜：

• 曼徹斯特編碼僅通過“中間跳變方向”直接表示數據（高→低=1，低→高=0），硬件電路設計簡單；
• 差分曼徹斯特編碼需要對比當前比特與前一比特的關系（起始處是否跳變），這要求電路額外存儲前一比特的狀態并進行邏輯判斷，增加了硬件設計的復雜度和成本。

早期以太網（20世紀80年代）受限于硬件集成度和成本控制，更傾向于選擇實現簡單的曼徹斯特編碼。而當后續需要提升速率時，工程師們選擇了“編碼+調制”結合的方案（如4B/5B+MLT-3、PAM調制），而非轉向更復雜的差分曼徹斯特編碼。

3. 與以太網介質訪問機制的適配性不足

以太網早期采用CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監聽多路訪問） 機制，核心是“實時檢測信號沖突并快速響應”（沖突發生后需立即停止發送并重試）。

曼徹斯特編碼的“中間跳變”特性讓信號的“有無”和“沖突”更容易被檢測（沖突時信號會出現異常疊加）；而差分曼徹斯特編碼的信號跳變更復雜（起始處和中間均可能跳變），會增加沖突檢測電路的設計難度——需要區分“正常跳變”和“沖突導致的異常跳變”，不利于快速響應沖突。

相比之下，曼徹斯特編碼的信號特征更簡單，與CSMA/CD機制的適配性更好，這也是早期以太網選擇它的重要原因。

4. 歷史演進與標準化路徑的選擇

以太網的編碼技術選擇與標準化進程密切相關：

• 1983年IEEE 802.3標準（10BASE5/2）確定采用曼徹斯特編碼，此時差分曼徹斯特編碼已用于令牌環網絡（IEEE 802.5），兩者分屬不同的網絡體系（以太網vs令牌環），技術路線被固化；
• 當以太網向100Mbps（快速以太網）演進時，為突破曼徹斯特編碼的效率瓶頸，標準化組織選擇了4B/5B編碼（結合MLT-3調制），而非轉向差分曼徹斯特編碼（效率同樣低下且兼容性差）；
• 后續千兆、萬兆以太網進一步采用更高效的編碼（8B/10B、64B/66B），形成了“效率優先”的技術路線，差分曼徹斯特編碼因不符合這一路線而被徹底排除。

總結

以太網未采用差分曼徹斯特編碼，本質是技術特性與需求的不匹配：其50%的編碼效率無法滿足高速傳輸需求，復雜的實現邏輯增加了成本和沖突檢測難度，且與以太網“效率優先、簡單實用”的設計理念及標準化路徑相悖。相比之下，從曼徹斯特編碼到4B/5B、64B/66B的演進，更貼合以太網在速率、成本和兼容性上的持續追求。