計算機三級網絡技術考點輔導:以太網
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以太網
1.以太網的發展
1976年7月,Bob在ALOHA網絡的基礎上,提出總線型局域網的設計思想,並提出衝突檢測、載波偵聽與隨機後退延遲算法,將這種局域網命名為以太網(Ethernet)。
以太網的核心技術是:
介質訪問控制方法CDMA/CD.這種方法解決了多結點共享公用總線的問題。
早期以太網的傳輸介質是同軸電纜,後用雙絞線,再後用光纖。
2.以太網的幀結構與工作流程
(1)以太網數據發送流程
衝突:多個站點同時利用總線發送數據,導致數據接收不正確。
總線網沒有控制中心,如果一個站點發送數據幀,以廣播方式通過總線發送,每一個站點都能收到數據幀,其它站點也可以同時發送,因此衝突不可避免。
CSMA/CD發送流程可簡單概括為:先聽後發,邊聽邊發,衝突停止,延遲重發。
實現公共傳輸介質的控制策略,需要解決的問題是:載波偵聽,衝突檢測,衝突後的處理方法。
(a)載波偵聽
結點利用總線發送數據時,首先偵聽總線是否空閒,以太網規定發送數據採用曼徹斯特編碼。判斷總線是否空閒可以判斷總線上是否有電平跳變。不發生跳變總線空閒。此時如果有結點已準備好發送數據,可以啟動發送。
(b)衝突檢測方法
載波偵聽不能完全消除衝突,原因是數字信號是以一定的速率傳輸的。例如:結點A發送數據幀時,離他1000m距離的結點在一定的時間延遲後才能收到數據幀,此時間段內如果B也發送數據,造成衝突。從物理層上看,衝突時多個信號疊加,導致波形不同於任何結點的波形信號。
解決方案:結點A發送數據前,先發送偵聽信號,如果偵聽信號在最大距離傳輸時間2倍時,沒有衝突信號出現,結點A肯定取得總線的訪問權。
衝突信號的延遲時間=2*D/V。其中:D是結點到最遠結點的距離,V表示信號傳輸速度,信號往返的時間為延遲時間。
進行衝突檢測的方法有兩種:比較法和編碼違例法。
比較法:將發送信號波形與從總線上接收的信號比較,如果不同説明有衝突。
違例編碼法:檢查總線上的波形是否符合曼徹斯特編碼規則,不符合説明有衝突。
(c)衝突解決方案
發現衝突,停止發送如果發送數據的過程中檢測出衝突,為解決信道爭用衝突,發送結點停止發送,隨機延遲後重發的流程。
隨機延遲後重發的第一步:發送衝突加強信號,目的是延續衝突的持續時間,使得網絡中的所有結點都能檢測出衝突的存在,並立即丟棄衝突幀,提高信道利用率。
隨機延遲重發。以太網協議規定每幀的最大重發次數不得超過16次,若超過則認為線路故障。為公平解決信道爭用問題,需要確定後退延遲算法。典型的`CSMA/CD採用二進制指數退避算法,退避延遲時間計算為:t=2k×R×a 。其中:a是衝突窗口大小,R是隨機數,k為衝突次數,定義k的最大值,一旦k是最大值時是最後一次發送。每次的延遲時間都會根據公式求出。
以太網中任何結點都需要通過CSMA/CD方法爭取總線使用權,從準備發送到成功發送時間不確定。因此又稱為隨機爭用介質訪問控制方法。簡單易實現。
(2)以太網幀結構
前導碼(7B)與幀前定界符字段:用於接收同步階段。
目的地址與源地址(6B):分別表示幀的接收節點地址與發送節點的硬件地址。
類型字段:表示網絡層使用的協議類型。
數據字段(46B—15000B):是高層待發送的數據部分。
幀校驗字段:採用32位的循環宂餘校驗。校驗範圍:目的地址、源地址、長度、LLC數據。
(3)以太網接收流程
如果一個結點利用總線成功發送數據,其它結點都應該處於接收狀態。所有結點只要不發送數據,就應該處於接收狀態。一個結點接收幀,首先判斷幀的長度。(規定了最小長度,若小與最小長度,衝突,丟棄該幀,結點重新進入接收狀態)。如果沒有衝突,結點接收幀後首先檢查幀的目的地址。(目的地址單一地址或組地址或廣播地址,屬於自己則保留,否則丟棄)。地址匹配後確認是自己應該接收的幀,進一步進行CRC校驗。 如果校驗正確,則進一步檢測LLC數據長度是否正確。出錯則報告”幀長度錯“,否則報告”成功接收”,進入結束狀態。如果檢驗出錯,首先判斷該幀是否是8為的整數倍,是,表示沒有丟失位,則記錄”幀檢驗錯“,否則報告”幀位錯“,進入結束狀態。
以太網協議將接收出錯分為3類:幀檢驗錯、幀長度錯與幀位錯。
3.以太網的實現方法
每個站點都可以接收到所有來自其他站點的數據
為決定那個站點接收,需要尋址機制來標識目的站點
目的站點將該幀複製,其他站點則丟棄該幀
4.以網的物理地址
IEEE802標準為每個DTE規定了一個48位的全局地址,它是站點的全球唯一的標識符,與其物理位置無關。即MAC地址(物理地址),MAC地址為6字節(48位)。MAC地址的前3個字節(高24位)由IEEE統一分配給廠商,低24位由廠商分配給每一塊網卡。網卡的MAC地址可以認為就是該網卡所在站點的MAC地址。
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