第5章以太局域網(wǎng)

1、第第5章章 以太網(wǎng)以太網(wǎng) 5.1 概述概述 5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 5.3 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC協(xié)議協(xié)議 5.4 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng) 5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀格式幀格式 5.6 以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)物理層 5.7 小結(jié)與參考資料小結(jié)與參考資料 5.1 概述歷史概述歷史 以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展 n以太網(wǎng)的誕生：以太網(wǎng)的誕生：1973年，年，Xerox/PARC nMetcalf命名為命名為Ethernet并于并于1977年獲專利年獲專利 n產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展快速推動(dòng)了以太網(wǎng)的進(jìn)步產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展快速推動(dòng)了以太網(wǎng)的進(jìn)步 n10Mbps：1981年，從

2、粗纜、細(xì)纜，到雙絞線產(chǎn)品年，從粗纜、細(xì)纜，到雙絞線產(chǎn)品 n100Mbps：1995年，包括雙絞線、短距離光纖產(chǎn)品年，包括雙絞線、短距離光纖產(chǎn)品 n1Gbps：1998年，包括中短距離光纖、雙絞線產(chǎn)品年，包括中短距離光纖、雙絞線產(chǎn)品 n10Gbps：2002年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品 n以太接入網(wǎng)：以太接入網(wǎng)：2004年，供電信運(yùn)營(yíng)商采用年，供電信運(yùn)營(yíng)商采用 n以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò) n采用開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)成為主流的根本原因采用開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)成為主流的根本原因 5.1 概述今日概述今日 今日以太網(wǎng)今日以太網(wǎng) n以太網(wǎng)是

3、當(dāng)前局域網(wǎng)的主流技術(shù)以太網(wǎng)是當(dāng)前局域網(wǎng)的主流技術(shù) n在辦公網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域幾乎一統(tǒng)天下在辦公網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域幾乎一統(tǒng)天下 n成為局域網(wǎng)鏈路級(jí)的主導(dǎo)技術(shù)成為局域網(wǎng)鏈路級(jí)的主導(dǎo)技術(shù) n以太網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的覆蓋以太網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的覆蓋 n速率：速率：10M/100M/1G/10G/ n網(wǎng)絡(luò)類型：網(wǎng)絡(luò)類型：LAN/WAN/AN，MAN， n正在進(jìn)入家庭和工業(yè)領(lǐng)域正在進(jìn)入家庭和工業(yè)領(lǐng)域 5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展 n早期標(biāo)準(zhǔn)早期標(biāo)準(zhǔn) nDEC/Intel/Xerox標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威 nDIX Ethernet： v1.0-1980、v2.0-19

4、82 n當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn) nIEEE std 802.3 1985：權(quán)威但不靈活：權(quán)威但不靈活 nIEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)草案：標(biāo)準(zhǔn)草案：1982年年12月月 nXerox專利轉(zhuǎn)移專利轉(zhuǎn)移IEEE，802.3成為以太網(wǎng)的同義詞成為以太網(wǎng)的同義詞 nIEEE std 802.3 2002：權(quán)威、靈活、簡(jiǎn)約：權(quán)威、靈活、簡(jiǎn)約 nIEEE std 802.3 2005：最新標(biāo)準(zhǔn)：最新標(biāo)準(zhǔn) 5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3 - 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)系列現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)系列 nIEEE 802.3 - 2002 nCSMA/CD Access Method and Physical Laye

5、r Specifications nIEEE 802.3ae - 2002 n10 Gb/s Operation nIEEE 802.3af 2003，PoE nDTE Power via MDI nIEEE P802.3ah 2004，EFM nSubscriber access networks nIEEE 802.3ai - 2003 nMaintenance 7 nIEEE P802.3ak - 2004 n10GBASE-CX4 5.3 CSMA/CD協(xié)議協(xié)議 n5.3.1 共享信道的訪問(wèn)協(xié)議共享信道的訪問(wèn)協(xié)議 n5.3.2 CSMA協(xié)議族協(xié)議族 n5.2.4 802.3中的中的CS

6、MA/CD n5.3.3 CSMA/CD協(xié)議協(xié)議 n5.3.4 以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享 5.3.1 共享信道的訪問(wèn)協(xié)議共享信道的訪問(wèn)協(xié)議 n對(duì)于使用共享信道的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于使用共享信道的網(wǎng)絡(luò) n必須使用必須使用MAC協(xié)議，提供介質(zhì)訪問(wèn)的控制機(jī)制協(xié)議，提供介質(zhì)訪問(wèn)的控制機(jī)制 n典型的典型的MAC機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭(zhēng)用機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭(zhēng)用 n輪轉(zhuǎn)：重載性能好輪轉(zhuǎn)：重載性能好 n典型協(xié)議：令牌環(huán)典型協(xié)議：令牌環(huán) n預(yù)約：如申請(qǐng)式預(yù)約，一般為集中式控制方式預(yù)約：如申請(qǐng)式預(yù)約，一般為集中式控制方式 典型協(xié)議：典型協(xié)議：802.16中輪詢方式下的申請(qǐng)式預(yù)約中輪詢方式下的申請(qǐng)式預(yù)約 n爭(zhēng)用：通

7、常采用分布式控制方式爭(zhēng)用：通常采用分布式控制方式 n負(fù)載不重時(shí)時(shí)延短負(fù)載不重時(shí)時(shí)延短 n典型協(xié)議是典型協(xié)議是CSMA系列系列 5.3.1 共享信道的訪問(wèn)協(xié)議共享信道的訪問(wèn)協(xié)議 n爭(zhēng)用型訪問(wèn)協(xié)議分為三個(gè)基本類型爭(zhēng)用型訪問(wèn)協(xié)議分為三個(gè)基本類型 nLAT: Listen After Talking n說(shuō)了再聽(tīng)說(shuō)了再聽(tīng)，典型協(xié)議：，典型協(xié)議： ALOHA nLBT: Listen Before Talking n先聽(tīng)后說(shuō)先聽(tīng)后說(shuō)，典型協(xié)議，典型協(xié)議/CSMA nLWT: Listen While Talking n邊說(shuō)邊聽(tīng)邊說(shuō)邊聽(tīng)，典型協(xié)議：，典型協(xié)議：CSMA/CD n以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC層使用層

8、使用CSMA/CD協(xié)議協(xié)議 5.3.2 CSMA協(xié)議協(xié)議 n5.3.2.1 基本思路基本思路 n5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略 n5.3.2.3 沖突避免性能沖突避免性能 n5.3.2.4 協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路 n5.3.2.5 沖突檢測(cè)沖突檢測(cè) n5.3.2.6 MAC算法小結(jié)算法小結(jié) 5.3.2.1 基本思路基本思路 nCSMA：載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)：載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn) ncarrier sense multiple access n基本思路：先聽(tīng)后發(fā)基本思路：先聽(tīng)后發(fā) n站點(diǎn)發(fā)送前對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)站點(diǎn)發(fā)送前對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng) n如果信道空閑：可以發(fā)送如果信道空閑：可以發(fā)送 n否則，信道

9、忙：等待否則，信道忙：等待 n注意：采用注意：采用CSMA存在沖突存在沖突 采用采用CSMA依然存在沖突依然存在沖突 n傳播時(shí)延可能導(dǎo)致產(chǎn)生沖突傳播時(shí)延可能導(dǎo)致產(chǎn)生沖突 n假設(shè)假設(shè)A站的信號(hào)正在網(wǎng)絡(luò)上傳播站的信號(hào)正在網(wǎng)絡(luò)上傳播 nA站信號(hào)還未到站信號(hào)還未到E站，站，E站認(rèn)為信道閑，啟動(dòng)發(fā)送站認(rèn)為信道閑，啟動(dòng)發(fā)送 n結(jié)果結(jié)果A、E站發(fā)送的信號(hào)在網(wǎng)上沖突站發(fā)送的信號(hào)在網(wǎng)上沖突 E站在時(shí)刻站在時(shí)刻t檢測(cè)信道閑，檢測(cè)信道閑， 啟動(dòng)發(fā)送啟動(dòng)發(fā)送 A站站B站站C站站D站站 E站站 A站發(fā)送幀在時(shí)刻站發(fā)送幀在時(shí)刻t 傳播到傳播到B站站 兩幀在時(shí)刻兩幀在時(shí)刻t+ t 碰撞碰撞 5.3.2.2 沖突避免策略沖突

10、避免策略 nCSMA協(xié)議避免沖突可采用三種策略協(xié)議避免沖突可采用三種策略 n0堅(jiān)持堅(jiān)持 n1堅(jiān)持堅(jiān)持 nP堅(jiān)持堅(jiān)持 5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略 n0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA算法（非堅(jiān)持）算法（非堅(jiān)持） n站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)；站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)； n如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送；如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送； n否則：信道忙則隨機(jī)后退，后退時(shí)間到則重新開(kāi)始信道否則：信道忙則隨機(jī)后退，后退時(shí)間到則重新開(kāi)始信道 偵聽(tīng)。偵聽(tīng)。 n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA算法算法 n站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)；站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)； n如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送；如果：信

11、道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送； n否則：信道忙則持續(xù)偵聽(tīng)，一旦信道由忙變閑則立即啟否則：信道忙則持續(xù)偵聽(tīng)，一旦信道由忙變閑則立即啟 動(dòng)發(fā)送動(dòng)發(fā)送。 5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略 np堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA算法算法 n站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)；站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)； n當(dāng)信道空閑時(shí)：當(dāng)信道空閑時(shí)： n重復(fù)：以概率重復(fù)：以概率p在當(dāng)前時(shí)隙發(fā)送，以概率在當(dāng)前時(shí)隙發(fā)送，以概率1-p推遲到推遲到 下一時(shí)隙下一時(shí)隙 n直到：發(fā)送成功直到：發(fā)送成功 n否則信道忙：否則信道忙： n隨機(jī)后退；待后退時(shí)間到，重新開(kāi)始信道偵聽(tīng)。隨機(jī)后退；待后退時(shí)間到，重新開(kāi)始信道偵聽(tīng)。 5.3.2.2 沖突避免策

12、略沖突避免策略 三種策略的算法比較三種策略的算法比較 n0堅(jiān)持和堅(jiān)持和1堅(jiān)持：算法框架較為相似堅(jiān)持：算法框架較為相似 n若初次偵聽(tīng)信道為空時(shí)，都是立即啟動(dòng)發(fā)送若初次偵聽(tīng)信道為空時(shí)，都是立即啟動(dòng)發(fā)送 n若初次偵聽(tīng)信道為忙則二者的處理策略完全相反若初次偵聽(tīng)信道為忙則二者的處理策略完全相反 n0堅(jiān)持算法隨機(jī)后退以避免沖突堅(jiān)持算法隨機(jī)后退以避免沖突 n1堅(jiān)持則持續(xù)監(jiān)聽(tīng)信道，一旦信道變空則立即啟動(dòng)發(fā)送堅(jiān)持則持續(xù)監(jiān)聽(tīng)信道，一旦信道變空則立即啟動(dòng)發(fā)送 np堅(jiān)持算法：處理策略則較為特別堅(jiān)持算法：處理策略則較為特別 n信道的初始狀態(tài)即使是空閑，仍以概率信道的初始狀態(tài)即使是空閑，仍以概率p發(fā)送而以概發(fā)送而以概 率

13、率1-p后退后退 n若信道持續(xù)空閑，若信道持續(xù)空閑，p堅(jiān)持會(huì)重復(fù)上述的發(fā)送或后退過(guò)程堅(jiān)持會(huì)重復(fù)上述的發(fā)送或后退過(guò)程 n若信道的初始狀態(tài)為忙：隨機(jī)后退避免沖突若信道的初始狀態(tài)為忙：隨機(jī)后退避免沖突 n此時(shí)的處理策略：此時(shí)的處理策略：p堅(jiān)持與堅(jiān)持與0堅(jiān)持相同堅(jiān)持相同 5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略 算法分析算法分析 n0堅(jiān)持策略堅(jiān)持策略 n在關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)盡量降低了沖突的概率在關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)盡量降低了沖突的概率 n信道重載時(shí)沖突也不會(huì)太高，信道吞吐率最終可能達(dá)到信道重載時(shí)沖突也不會(huì)太高，信道吞吐率最終可能達(dá)到較較高值高值 n低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間過(guò)多、利用率低，訪問(wèn)時(shí)延較大低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間過(guò)多、利

14、用率低，訪問(wèn)時(shí)延較大 n算法簡(jiǎn)單，在重負(fù)載情況下的性能也還不錯(cuò)算法簡(jiǎn)單，在重負(fù)載情況下的性能也還不錯(cuò) n1堅(jiān)持策略堅(jiān)持策略 n輕載時(shí)性能不錯(cuò)，但在重載時(shí)沖突急劇增加輕載時(shí)性能不錯(cuò)，但在重載時(shí)沖突急劇增加 n輕載時(shí)：減少信道空閑時(shí)間、提高傳輸效率、訪問(wèn)時(shí)延較小輕載時(shí)：減少信道空閑時(shí)間、提高傳輸效率、訪問(wèn)時(shí)延較小 n重載時(shí)：再次沖突幾率大，沖突嚴(yán)重重載時(shí)：再次沖突幾率大，沖突嚴(yán)重 n如不采取有力措施處理沖突，如不采取有力措施處理沖突，1堅(jiān)持算法很難投入實(shí)用堅(jiān)持算法很難投入實(shí)用 n以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC協(xié)議：有名的協(xié)議：有名的CSMA/CD協(xié)議協(xié)議 n基于基于1堅(jiān)持算法，增加了沖突的監(jiān)測(cè)與退避機(jī)制堅(jiān)

15、持算法，增加了沖突的監(jiān)測(cè)與退避機(jī)制 5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略 算法分析算法分析 np堅(jiān)持策略堅(jiān)持策略 n可根據(jù)負(fù)載不同選取不同的可根據(jù)負(fù)載不同選取不同的p值以優(yōu)化協(xié)議的性能值以優(yōu)化協(xié)議的性能 n算法中也有一些令人不解的處理算法中也有一些令人不解的處理 n信道即使初始空閑也只能以一個(gè)小概率信道即使初始空閑也只能以一個(gè)小概率p發(fā)送，浪費(fèi)資源發(fā)送，浪費(fèi)資源 n隨機(jī)后退是逐個(gè)時(shí)隙以概率隨機(jī)后退是逐個(gè)時(shí)隙以概率p發(fā)送以概率發(fā)送以概率1-p后退，致使實(shí)際的后退，致使實(shí)際的 發(fā)送概率依次遞減，后退時(shí)間的最大值趨于無(wú)窮發(fā)送概率依次遞減，后退時(shí)間的最大值趨于無(wú)窮 p, p( 1-p ), p*(

16、 1-p )2, , p*( 1-p )n-1, n算法有利于：簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)、得到優(yōu)秀的理論推導(dǎo)數(shù)據(jù)算法有利于：簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)、得到優(yōu)秀的理論推導(dǎo)數(shù)據(jù) n算法直接使用：存在不少問(wèn)題算法直接使用：存在不少問(wèn)題 n選取合適選取合適p值甚為困難值甚為困難 np堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA協(xié)議的改造協(xié)議的改造 n思路一：在信道初始空閑時(shí)立即啟動(dòng)發(fā)送思路一：在信道初始空閑時(shí)立即啟動(dòng)發(fā)送 n思路二：在信道忙閑變更點(diǎn)后的一個(gè)區(qū)間中隨機(jī)選擇時(shí)隙啟動(dòng)發(fā)送思路二：在信道忙閑變更點(diǎn)后的一個(gè)區(qū)間中隨機(jī)選擇時(shí)隙啟動(dòng)發(fā)送 nWLAN中著名的中著名的CSMA/CA協(xié)議：基于這些思路改進(jìn)的協(xié)議：基于這些思路改進(jìn)的p堅(jiān)持算法堅(jiān)持算法 5.3

17、.2.2 沖突避免性能沖突避免性能 三種沖突避免策略的性能比較三種沖突避免策略的性能比較 n非堅(jiān)持非堅(jiān)持CSMA：適用于重負(fù)載情況：適用于重負(fù)載情況 n避免再次沖突的可能性，重負(fù)載時(shí)吞吐率高。避免再次沖突的可能性，重負(fù)載時(shí)吞吐率高。 n但低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間多，利用率低。但低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間多，利用率低。 n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA：適用于輕負(fù)載情況：適用于輕負(fù)載情況 n輕負(fù)載時(shí)，減少信道空閑時(shí)間，提高傳輸效率。輕負(fù)載時(shí)，減少信道空閑時(shí)間，提高傳輸效率。 n但再次沖突幾率大，重負(fù)載時(shí)沖突嚴(yán)重。但再次沖突幾率大，重負(fù)載時(shí)沖突嚴(yán)重。 nP堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA： 合適的合適的P值選取困難值選取困難 n可根據(jù)

18、不同的負(fù)載選取不同的可根據(jù)不同的負(fù)載選取不同的P值，值， n最大程度的提高信道的利用率和提高吞吐率最大程度的提高信道的利用率和提高吞吐率 5.3.2.4 協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路 nCSMA協(xié)議面臨的問(wèn)題協(xié)議面臨的問(wèn)題 n發(fā)前先聽(tīng)，一定程度減少了沖突可能性發(fā)前先聽(tīng)，一定程度減少了沖突可能性 n但是一旦開(kāi)始發(fā)送，站點(diǎn)就置沖突于不顧但是一旦開(kāi)始發(fā)送，站點(diǎn)就置沖突于不顧 n即使沖突已經(jīng)產(chǎn)生，站點(diǎn)也一直發(fā)送完一幀即使沖突已經(jīng)產(chǎn)生，站點(diǎn)也一直發(fā)送完一幀 n此時(shí)，發(fā)送的全是無(wú)用信號(hào)，完全是浪費(fèi)資源此時(shí)，發(fā)送的全是無(wú)用信號(hào)，完全是浪費(fèi)資源 n協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路 n站點(diǎn)檢測(cè)沖突，一旦發(fā)現(xiàn)沖突立即停止幀發(fā)

19、送站點(diǎn)檢測(cè)沖突，一旦發(fā)現(xiàn)沖突立即停止幀發(fā)送 n這就是：這就是：CSMA/CD 5.3.2.5 CSMA/CD n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD協(xié)議基本思路協(xié)議基本思路 n（1）要發(fā)送的站點(diǎn)偵聽(tīng)信道）要發(fā)送的站點(diǎn)偵聽(tīng)信道 n（2）若信道閑，立即發(fā)送，并在發(fā)送過(guò)程中檢測(cè)信道）若信道閑，立即發(fā)送，并在發(fā)送過(guò)程中檢測(cè)信道 n如果未檢測(cè)到?jīng)_突，則持續(xù)本幀發(fā)送；如果未檢測(cè)到?jīng)_突，則持續(xù)本幀發(fā)送； n若檢測(cè)到?jīng)_突，則終止本次發(fā)送，并發(fā)送一個(gè)加強(qiáng)信號(hào)通告沖若檢測(cè)到?jīng)_突，則終止本次發(fā)送，并發(fā)送一個(gè)加強(qiáng)信號(hào)通告沖 突的發(fā)生，隨后進(jìn)入隨機(jī)退避階段，等待下一個(gè)發(fā)送機(jī)會(huì)突的發(fā)生，隨后進(jìn)入隨機(jī)退避階段，等待下一個(gè)發(fā)送機(jī)會(huì) n（

20、3）若信道忙，則一直偵聽(tīng)信道，直到信道空閑，立）若信道忙，則一直偵聽(tīng)信道，直到信道空閑，立 即啟動(dòng)發(fā)送，并按（即啟動(dòng)發(fā)送，并按（2）進(jìn)行沖突檢測(cè)和處理）進(jìn)行沖突檢測(cè)和處理 n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) n一旦沖突發(fā)生，站點(diǎn)立即釋放信道，有效提高信道利一旦沖突發(fā)生，站點(diǎn)立即釋放信道，有效提高信道利 用率用率 n早期以太網(wǎng)（早期以太網(wǎng)（802.3）都是共享信道網(wǎng)絡(luò)，站點(diǎn)）都是共享信道網(wǎng)絡(luò)，站點(diǎn) 采用采用 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD協(xié)議訪問(wèn)信道協(xié)議訪問(wèn)信道 ALOHA CSMACSMA/CD 發(fā)前偵聽(tīng)發(fā)前偵聽(tīng) 三種策略三種策略 0 堅(jiān)堅(jiān) 持持 1 堅(jiān)堅(jiān) 持持 P 堅(jiān)堅(jiān) 持持 發(fā)前偵聽(tīng)發(fā)前偵聽(tīng)

21、 發(fā)后檢測(cè)發(fā)后檢測(cè) 沖突停發(fā)沖突停發(fā) 輕負(fù)載效率高輕負(fù)載效率高 適合重負(fù)載適合重負(fù)載 輕載時(shí)效率不高輕載時(shí)效率不高 發(fā)前不偵聽(tīng)發(fā)前不偵聽(tīng) 隨時(shí)發(fā)送隨時(shí)發(fā)送 沖突厲害沖突厲害 吞吐率、效率低吞吐率、效率低 根據(jù)負(fù)載調(diào)整根據(jù)負(fù)載調(diào)整P值值 5.3.2.6 MAC算法小結(jié)算法小結(jié) 適合輕負(fù)載適合輕負(fù)載 重載時(shí)沖突嚴(yán)重重載時(shí)沖突嚴(yán)重 0堅(jiān)持堅(jiān)持 CSMA 0.5堅(jiān)持堅(jiān)持 CSMA 1堅(jiān)持堅(jiān)持 Slotted ALOHA Pure ALOHA 123546 G 每幀時(shí)試圖發(fā)每幀時(shí)試圖發(fā) 送的平均幀數(shù)送的平均幀數(shù) S 0 1 0.1 0.5 每幀時(shí)的吞吐率每幀時(shí)的吞吐率 5.3.2.6 MAC算法小結(jié)算法

22、小結(jié) 5.3.3 802.3中的中的MAC協(xié)議協(xié)議 n采用采用 1堅(jiān)持堅(jiān)持 CSMA/CD算法算法 nCSMA/CD需要解決一系列的問(wèn)題需要解決一系列的問(wèn)題 n如何檢測(cè)沖突？如何檢測(cè)沖突？ n檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？ n如何保證可靠檢測(cè)到?jīng)_突？如何保證可靠檢測(cè)到?jīng)_突？ n檢測(cè)到?jīng)_突后如何避免沖突擴(kuò)大化？檢測(cè)到?jīng)_突后如何避免沖突擴(kuò)大化？ 問(wèn)題問(wèn)題1：如何檢測(cè)沖突？：如何檢測(cè)沖突？ n由硬件檢測(cè)信號(hào)能量的大小由硬件檢測(cè)信號(hào)能量的大小 n當(dāng)沖突產(chǎn)生時(shí)當(dāng)沖突產(chǎn)生時(shí) n混疊的信號(hào)能量增大混疊的信號(hào)能量增大 n檢測(cè)電路輸出發(fā)生明顯變化檢測(cè)電路輸出發(fā)生明顯變化 n中斷或掃描方式發(fā)現(xiàn)輸出變化，判定沖突中斷

23、或掃描方式發(fā)現(xiàn)輸出變化，判定沖突 發(fā)生發(fā)生 問(wèn)題問(wèn)題2：檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？：檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？ n考慮共享考慮共享LAN最遠(yuǎn)的兩站（如圖最遠(yuǎn)的兩站（如圖 AE） n假設(shè)：假設(shè)：AE之間的傳播時(shí)間為之間的傳播時(shí)間為 nA、E站發(fā)送的時(shí)間站發(fā)送的時(shí)間 nA：t0時(shí)刻發(fā)送：則到達(dá)時(shí)刻發(fā)送：則到達(dá)E： t0 + 時(shí)刻時(shí)刻 nE：t0 + -時(shí)發(fā)現(xiàn)信道閑，發(fā)送時(shí)發(fā)現(xiàn)信道閑，發(fā)送 nA、E發(fā)送后檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間發(fā)送后檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間 nE： nA： +（ -） = 2- 2 可見(jiàn)：沖突檢測(cè)時(shí)間不小于可見(jiàn)：沖突檢測(cè)時(shí)間不小于2 A站站E站站 t0 t0+ - 問(wèn)題問(wèn)題3：如何保證可靠檢測(cè)？：如何保證可靠檢測(cè)？ n什

24、么是可靠檢測(cè)？什么是可靠檢測(cè)？ n必須在發(fā)送的過(guò)程中檢測(cè)到?jīng)_突必須在發(fā)送的過(guò)程中檢測(cè)到?jīng)_突 n一幀數(shù)據(jù)發(fā)完將停止檢測(cè)一幀數(shù)據(jù)發(fā)完將停止檢測(cè) n如果沖突發(fā)生在發(fā)送結(jié)束后，則檢測(cè)失效如果沖突發(fā)生在發(fā)送結(jié)束后，則檢測(cè)失效 n哪怕是極少數(shù)位的沖突也必須檢測(cè)到哪怕是極少數(shù)位的沖突也必須檢測(cè)到 n保證可靠檢測(cè)的兩個(gè)措施保證可靠檢測(cè)的兩個(gè)措施 n措施措施1：規(guī)定最短幀長(zhǎng)，保證最短幀的發(fā)送時(shí)間不小于：規(guī)定最短幀長(zhǎng)，保證最短幀的發(fā)送時(shí)間不小于2 tf=L/B（幀長(zhǎng)（幀長(zhǎng)/信道速率）信道速率） 2 n措施措施2：檢測(cè)到?jīng)_突后，發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)，使沖突信號(hào)能量足夠：檢測(cè)到?jīng)_突后，發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)，使沖突信號(hào)能量足夠

25、 最短幀長(zhǎng)限制：最短幀長(zhǎng)限制：LB 2 發(fā)送站檢測(cè)到?jīng)_突后發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)發(fā)送站檢測(cè)到?jīng)_突后發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào) A站站E站站 t0 t0+ - tf 問(wèn)題問(wèn)題4：沖突后如何避免沖突擴(kuò)大：沖突后如何避免沖突擴(kuò)大 n沖突后采用截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)機(jī)制退避沖突后采用截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)機(jī)制退避 n基本思路基本思路 n如果首發(fā)沖突，重發(fā)時(shí)等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間如果首發(fā)沖突，重發(fā)時(shí)等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間 n再重發(fā)時(shí)仍沖突，則等待的隨機(jī)時(shí)間加倍再重發(fā)時(shí)仍沖突，則等待的隨機(jī)時(shí)間加倍 n實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法 n第第1次碰撞后，隨機(jī)延遲次碰撞后，隨機(jī)延遲0-1個(gè)時(shí)隙再試個(gè)時(shí)隙再試 n第第2次碰撞后，隨機(jī)延遲次碰撞后，隨機(jī)延遲0-

26、3個(gè)時(shí)隙再試個(gè)時(shí)隙再試 n第第i次碰撞后，隨機(jī)延遲次碰撞后，隨機(jī)延遲0、12 j -1（任選）個(gè)時(shí)隙再試（任選）個(gè)時(shí)隙再試 （i10，j=i；i10，j=10，i最大為最大為16） n第第16次重試仍碰撞，放棄本次發(fā)送，宣告失敗次重試仍碰撞，放棄本次發(fā)送，宣告失敗 可見(jiàn)：共享可見(jiàn)：共享Ethernet很難保證時(shí)延業(yè)務(wù)的質(zhì)量很難保證時(shí)延業(yè)務(wù)的質(zhì)量 5.3.3 802.3中的中的MAC協(xié)議要點(diǎn)小結(jié)協(xié)議要點(diǎn)小結(jié) n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD算法算法 n1堅(jiān)持：及時(shí)利用信道空閑傳送，減小時(shí)延堅(jiān)持：及時(shí)利用信道空閑傳送，減小時(shí)延 n注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時(shí)，注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時(shí)，1堅(jiān)持算法沖突嚴(yán)重堅(jiān)持算法沖突嚴(yán)重

27、 nCD：及時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少?zèng)_突可能性：及時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少?zèng)_突可能性 n發(fā)送沖突強(qiáng)化信號(hào)發(fā)送沖突強(qiáng)化信號(hào) n檢測(cè)到?jīng)_突立即發(fā)送一定長(zhǎng)度的沖突強(qiáng)化信號(hào)檢測(cè)到?jīng)_突立即發(fā)送一定長(zhǎng)度的沖突強(qiáng)化信號(hào) n讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測(cè)沖突讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測(cè)沖突 n采用指數(shù)隨機(jī)后退法采用指數(shù)隨機(jī)后退法 n二進(jìn)制指數(shù)后退：每次沖突、后退時(shí)間均值加倍二進(jìn)制指數(shù)后退：每次沖突、后退時(shí)間均值加倍 n減少?zèng)_突再次發(fā)生，在信道高負(fù)荷時(shí)也不易堵塞減少?zèng)_突再次發(fā)生，在信道高負(fù)荷時(shí)也不易堵塞 n但有失公平性（可能先爭(zhēng)用后發(fā)出去）但有失公平性（可能先爭(zhēng)用后發(fā)出去） 5.3.4 以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)從共

28、享走向獨(dú)享 nCSMA/CD的應(yīng)用背景的應(yīng)用背景 n共享信道、半雙工傳送共享信道、半雙工傳送 n以太網(wǎng)正在從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)正在從共享走向獨(dú)享 n以太網(wǎng)中，已經(jīng)廣泛使用交換機(jī)以太網(wǎng)中，已經(jīng)廣泛使用交換機(jī) n交換機(jī)中繼的干線基本都是獨(dú)享鏈路交換機(jī)中繼的干線基本都是獨(dú)享鏈路 nCSMA/CD正在（可以說(shuō)已經(jīng)）失去作用空間正在（可以說(shuō)已經(jīng)）失去作用空間 n今日，以太網(wǎng)的核心價(jià)值不再是今日，以太網(wǎng)的核心價(jià)值不再是CSMA/CD算法算法 n而是而是MAC幀和幀和MAC原語(yǔ)兼容，是原語(yǔ)兼容，是以太網(wǎng)的概念以太網(wǎng)的概念！ 5.4 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng) n5.5.1 半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng) n5.5.

29、2 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng) n5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控 5.5.1 半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng) n半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng) n共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式 n共享信道上只允許有一個(gè)發(fā)送，否則沖突共享信道上只允許有一個(gè)發(fā)送，否則沖突 n一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送時(shí)不能接收一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送時(shí)不能接收 n有時(shí)稱之為有時(shí)稱之為 n傳統(tǒng)以太網(wǎng)或傳統(tǒng)以太網(wǎng)或CSMA/CD網(wǎng)網(wǎng) n半雙工以太網(wǎng)的特點(diǎn)半雙工以太網(wǎng)的特點(diǎn) n即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn) 5.5.2 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng) n交換式以太網(wǎng)的干線交換式以太網(wǎng)的干線 n交換機(jī)之間鏈路

30、采用獨(dú)享交換機(jī)之間鏈路采用獨(dú)享 信道信道 n點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，全雙工物理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，全雙工物理 介質(zhì)介質(zhì) n雙絞線、光纖雙絞線、光纖 n采用兼容的采用兼容的MAC幀格式幀格式 n與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)比較與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)比較 n大大提高網(wǎng)絡(luò)容量大大提高網(wǎng)絡(luò)容量 交換機(jī)交換機(jī) H HH H 5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控 n全雙工以太網(wǎng)的潛在的問(wèn)題全雙工以太網(wǎng)的潛在的問(wèn)題 n大大提高容量，同時(shí)也存在丟幀的可能性大大提高容量，同時(shí)也存在丟幀的可能性 n例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時(shí)例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時(shí) n交換機(jī)只能分別向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)各站數(shù)據(jù)交換機(jī)只能分別向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)各站數(shù)據(jù) n內(nèi)存空間受限，

31、可能溢出內(nèi)存空間受限，可能溢出 n服務(wù)器也可能服務(wù)器也可能 n處理能力、內(nèi)存空間受限處理能力、內(nèi)存空間受限 n流量控制機(jī)制是避免流量控制機(jī)制是避免 丟棄的最佳辦法丟棄的最佳辦法 5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控 n基本思想基本思想 n反壓機(jī)制：反壓機(jī)制：backpressure n接收端向快的發(fā)送端發(fā)接收端向快的發(fā)送端發(fā)PAUSE幀通知發(fā)送端暫停發(fā)送幀通知發(fā)送端暫停發(fā)送 n最初發(fā)布在最初發(fā)布在802.3-1997，目前是標(biāo)準(zhǔn)的選項(xiàng)，目前是標(biāo)準(zhǔn)的選項(xiàng) n協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu) n在在MAC與與LLC之間增加之間增加MAC控制子層控制子層 nMAC控制子層控制控制子層控制PAUSE幀

32、的收發(fā)幀的收發(fā) LLC子層子層 MAC控制子層（可選）控制子層（可選） MAC介質(zhì)訪問(wèn)控制介質(zhì)訪問(wèn)控制 物理層物理層 5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控 n用用PAUSE幀實(shí)現(xiàn)流量控制幀實(shí)現(xiàn)流量控制 n使用使用PAUSE幀前需要通信雙方的協(xié)商認(rèn)可幀前需要通信雙方的協(xié)商認(rèn)可 nPAUSE幀用于交換機(jī)幀用于交換機(jī)/工作站相互控制流量工作站相互控制流量 n交換機(jī)側(cè)的實(shí)現(xiàn)交換機(jī)側(cè)的實(shí)現(xiàn) n設(shè)置緩存極限值并可在端口間動(dòng)態(tài)調(diào)配設(shè)置緩存極限值并可在端口間動(dòng)態(tài)調(diào)配 n一個(gè)端口的緩存快滿時(shí)則向外發(fā)一個(gè)端口的緩存快滿時(shí)則向外發(fā)PAUSE n工作站的實(shí)現(xiàn)工作站的實(shí)現(xiàn) n工作站的網(wǎng)絡(luò)接口緩存快滿時(shí)向

33、交換機(jī)發(fā)工作站的網(wǎng)絡(luò)接口緩存快滿時(shí)向交換機(jī)發(fā)PAUSE 通常采用互控方式通常采用互控方式 5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀格式幀格式 n5.5.1 802.3幀格式的演進(jìn)幀格式的演進(jìn) n5.5 2 802.3-1985幀格式幀格式 n5.5.3 802.3-2002幀格式幀格式 n5.5.4 802.3的幀間間隔的幀間間隔 n5.5.5 802.3 MAC參數(shù)表參數(shù)表 5.5.1 802.3幀格式的演進(jìn)幀格式的演進(jìn) nMAC幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心 n是是802.3標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容 nIEEE 802.3-1985 n必須配合必須配合LLC使用，遠(yuǎn)不如使用，遠(yuǎn)不

34、如Ethernet實(shí)用實(shí)用 nIEEE 802.3-2002 n采用采用Ethernet的思路的思路 n靈活、實(shí)用、簡(jiǎn)約靈活、實(shí)用、簡(jiǎn)約 n802.1q-1998、802.3ac - 1998 n幀格式擴(kuò)展：加標(biāo)幀幀格式擴(kuò)展：加標(biāo)幀( Tagged frame ) 5.5.2 802.3-1985 幀格式幀格式 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：461500 八位組八位組 626 4 DA SAFCSPRSFD 17 幀長(zhǎng)：幀長(zhǎng)：641518八位組八位組 CRC校驗(yàn)范圍校驗(yàn)范圍 LenLLC Data填充填充 n 必須配合必須配合LLC使用使用 n MAC只能封裝只能封裝 LLC Data 5.5.2 80

35、2.3-1985 幀格式幀格式 nPR/SFD：前導(dǎo)符：前導(dǎo)符/幀起始定界符幀起始定界符 n幀前位同步與幀同步：幀前位同步與幀同步：7*10101010+ 10101011 n由物理層完成由物理層完成 nDA/SA：宿：宿/源地址，源地址，2* 6個(gè)八位組個(gè)八位組 n宿地址：目的方地址，單播宿地址：目的方地址，單播/組播組播/廣播地址廣播地址 n源地址：數(shù)據(jù)源地址，只能是單播地址源地址：數(shù)據(jù)源地址，只能是單播地址 nLen：長(zhǎng)度，：長(zhǎng)度，2個(gè)八位組個(gè)八位組 n本段之后、本段之后、FCS段之前所有數(shù)據(jù)之長(zhǎng)度和段之前所有數(shù)據(jù)之長(zhǎng)度和 nLLCdata：461500個(gè)八位組，只能是個(gè)八位組，只能是L

36、LC PDU nFCS： 幀校驗(yàn)序列，幀校驗(yàn)序列， CRC-32校驗(yàn)碼，校驗(yàn)碼，4個(gè)八位組個(gè)八位組 n校驗(yàn)幀定位符之后、校驗(yàn)幀定位符之后、FCS之前的所有數(shù)據(jù)之前的所有數(shù)據(jù) nIEEE 802.3as-2006定義了三種幀格式定義了三種幀格式 n基本基本MAC幀格式幀格式 n擴(kuò)展擴(kuò)展MAC幀格式（在幀格式（在VLAN中講）中講） n用于加標(biāo)幀，即含用于加標(biāo)幀，即含QTag前綴的幀前綴的幀 nMAC 控制幀控制幀 n如用于流控的如用于流控的PAUSE幀幀 5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式 nIEEE 802.3-2002定義了兩種幀格式定義了兩種幀格式 n基本基本MAC幀格式幀格式

37、 n擴(kuò)展擴(kuò)展MAC幀格式（在幀格式（在VLAN中講）中講） n用于加標(biāo)幀，即含用于加標(biāo)幀，即含QTag前綴的幀前綴的幀 n基本基本MAC幀格式幀格式 5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式 Len/typMAC Client Data 填充填充 6 26 4 DASA校驗(yàn)校驗(yàn)PR SFD 17 幀長(zhǎng)度幀長(zhǎng)度：641518八位組八位組 校驗(yàn)范圍校驗(yàn)范圍 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：461500八位組八位組 5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式 n基本基本MAC幀格式幀格式 n802.3-2002有重要改動(dòng)有重要改動(dòng) n長(zhǎng)度段長(zhǎng)度段 長(zhǎng)度長(zhǎng)度/類型段類型段 nLLC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) MAC客戶數(shù)

38、據(jù)客戶數(shù)據(jù) n幀格式改變的重要意義幀格式改變的重要意義 n802.3的的MAC幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù)幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù) n只要在只要在Type字段說(shuō)明即可字段說(shuō)明即可 nMAC可以無(wú)需可以無(wú)需LLC，直接為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)！，直接為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)！ nIP over Ethernet，IP over 802.3-2002 LEN/TYPE字段字段 n采用不同的取值區(qū)分采用不同的取值區(qū)分LEN,TYPE n值值1500（0 x05DC）：長(zhǎng)度描述符）：長(zhǎng)度描述符 n值值1536（0 x0600）：類型描述符）：類型描述符 nType描述符描述符 (16 bits)時(shí)，時(shí)，TYPE就是就是MAC

39、 SAP,標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)MAC服務(wù)的上層實(shí)體服務(wù)的上層實(shí)體 dMAC sMAC LEN/Type MAC Client Data Type 1: 05DC LLC 2: 0800 IP 3: 0801 X.75 4: 0802 NBS 5: 0803 ECMA 6: 0804 ChaosNet 7: 0805 X.25 8: 0806 ARP IPLLCX.75 ECMA 12 345 NBS 802.3 MAC Type=? MAC SAP 5.5.4 802.3的幀間間隔的幀間間隔 nMAC幀的幀間間隔是傳輸幀的最小間隔幀的幀間間隔是傳輸幀的最小間隔 n保證可靠同步定位隨機(jī)發(fā)出的幀保證可靠同步定

40、位隨機(jī)發(fā)出的幀 nIEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間間隔為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間間隔為96bit，即，即 n9.6s10Mbps, 0.96 s100Mbps, 幀間隙幀間隙 前導(dǎo)與幀定位前導(dǎo)與幀定位 MAC 幀長(zhǎng)幀長(zhǎng) 參數(shù)參數(shù)10Mb/s 100Mb/s 1000Mb/s 10Gb/s 時(shí)隙（時(shí)隙（2）512位位 51.2 s 512位位 5.12 s 4096位位 5.096 s 幀間隙幀間隙( s)9.60.960.0960.0096 嘗試限制（次）嘗試限制（次）101010 后退限制（次）后退限制（次）161616 沖突加強(qiáng)（位）沖突加強(qiáng)（位）323232 最大幀長(zhǎng)最大幀長(zhǎng)(八位組八位組)1518

41、151815181518 最小幀長(zhǎng)最小幀長(zhǎng)(八位組八位組)64646464 陣發(fā)限制陣發(fā)限制(八位組八位組) 8000 5.5.5 802.3 MAC參數(shù)表參數(shù)表 5.6 802.3的物理層的物理層 n5.6.1 概述概述 n5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n5.6.6 幾個(gè)附加議題幾個(gè)附加議題 5.6.1 物理層概述物理層概述 n802.3標(biāo)準(zhǔn)在物理配置上很活躍標(biāo)準(zhǔn)在物理配置上很活躍 n有利于技術(shù)革新、有力推動(dòng)以太網(wǎng)發(fā)展有利于技術(shù)革新、有力推動(dòng)以太網(wǎng)發(fā)展 n理解較為吃

42、力理解較為吃力 n802.3物理層的一些特點(diǎn)物理層的一些特點(diǎn) n傳輸速率傳輸速率( bps )急劇提高急劇提高 n10M10Gbps：E、FE、GbE、10GbE n物理介質(zhì)日益豐富物理介質(zhì)日益豐富 n同軸電纜、雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、市話電纜同軸電纜、雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、市話電纜 n現(xiàn)在使用：雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、現(xiàn)在使用：雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、市話電纜（以太接入市話電纜（以太接入 網(wǎng)中使用）網(wǎng)中使用） n編碼、糾錯(cuò)日益復(fù)雜編碼、糾錯(cuò)日益復(fù)雜 n物理層框架也很復(fù)雜物理層框架也很復(fù)雜 RS 5.6.1 物理層概述物理層概述物理層框架結(jié)構(gòu)物理層框架結(jié)構(gòu) MAC RS PCS 介質(zhì)

43、介質(zhì) PMA PMD PHY GMII MDI 100Mb/s PMA 介質(zhì)介質(zhì) PMD MII MDI 10Mb/s PLS 介質(zhì)介質(zhì) PMA MDI 1、10Mb/s AUI MII 介質(zhì)無(wú)關(guān)接口介質(zhì)無(wú)關(guān)接口 GMII、XGMII AUI 接駁單元接口接駁單元接口 MDI 介質(zhì)相關(guān)接口介質(zhì)相關(guān)接口 RS Reconciliation Sublayer PCS Physical coding sublayer PMA Physical medium attachment PHY Physical layer device PLS Physical layer signaling PMD Ph

44、ysical medium Dependent 5.6.1 物理層概述物理層概述當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu) n當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu) n適用于：適用于：100Mb/s n兩個(gè)子層兩個(gè)子層 nRS：協(xié)調(diào)子層：協(xié)調(diào)子層 nPHY：物理層：物理層器件器件 nPCS：物理編碼子層：物理編碼子層 nPMA：物理介質(zhì)接駁：物理介質(zhì)接駁 nPMD：物理介質(zhì)相關(guān)：物理介質(zhì)相關(guān) n兩個(gè)接口兩個(gè)接口 nxMII：介質(zhì)無(wú)關(guān)接口：介質(zhì)無(wú)關(guān)接口 nxMII是一個(gè)系列：是一個(gè)系列：MII、 GMII、XGMII nMDI：介質(zhì)相關(guān)接口：介質(zhì)相關(guān)接口 MAC RS xMII PCS PMA PHY PMD MDI

45、介質(zhì)介質(zhì) 5.6.1 物理層概述物理層概述當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu) nRS：協(xié)調(diào)子層，：協(xié)調(diào)子層，Reconciliation Sublayer n偏重于邏輯功能：協(xié)議、服務(wù)、原語(yǔ)偏重于邏輯功能：協(xié)議、服務(wù)、原語(yǔ) nPHY：物理層器件，：物理層器件，Physical Layer Device n偏重于物理實(shí)現(xiàn)：電路、引腳、信號(hào)偏重于物理實(shí)現(xiàn)：電路、引腳、信號(hào) n包括部分物理層：包括部分物理層：MDI與與xMII之間的各子層之間的各子層 n基本子層：基本子層：PCS、PMA、PMD n在不同規(guī)范中還可以有不同的附加子層在不同規(guī)范中還可以有不同的附加子層 n例如：例如：WIS（廣域網(wǎng)）、（廣域

46、網(wǎng)）、AN（自動(dòng)協(xié)商、雙絞線）（自動(dòng)協(xié)商、雙絞線） 5.6.1 物理層概述物理層概述當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu) n接口：串行口與并行口接口：串行口與并行口 nAUI：串行接口：串行接口 n當(dāng)初使用曼徹斯特碼：直接串行傳輸當(dāng)初使用曼徹斯特碼：直接串行傳輸 nxMII：并行接口：并行接口 n后來(lái)產(chǎn)生了塊編碼技術(shù)：多位并傳后來(lái)產(chǎn)生了塊編碼技術(shù)：多位并傳 nMII：寬帶：寬帶4比特，傳輸半八位組（比特，傳輸半八位組（nibble） nGMII：寬帶：寬帶8比特，傳輸八位組（比特，傳輸八位組（octet） nXGMII：寬帶：寬帶32比特，傳輸比特，傳輸4個(gè)八位組個(gè)八位組 n可以是：物理接口或邏輯接口

47、可以是：物理接口或邏輯接口 5.6.1 物理層概述物理層概述物理層服務(wù)物理層服務(wù) n物理層服務(wù)：典型的無(wú)連接模式無(wú)確認(rèn)服物理層服務(wù)：典型的無(wú)連接模式無(wú)確認(rèn)服 務(wù)務(wù) n無(wú)需建立連接、無(wú)需前后數(shù)據(jù)的上下文關(guān)聯(lián)無(wú)需建立連接、無(wú)需前后數(shù)據(jù)的上下文關(guān)聯(lián) n無(wú)需確認(rèn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移是否成功無(wú)需確認(rèn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移是否成功 n物理層服務(wù)完全匹配以太網(wǎng)提供的服務(wù)模式物理層服務(wù)完全匹配以太網(wǎng)提供的服務(wù)模式 n與與IP協(xié)議的需求完全一致協(xié)議的需求完全一致 5.6.1 物理層概述物理層概述物理層服務(wù)原語(yǔ)物理層服務(wù)原語(yǔ) n數(shù)據(jù)請(qǐng)求與指示原語(yǔ)數(shù)據(jù)請(qǐng)求與指示原語(yǔ) n請(qǐng)求原語(yǔ)：請(qǐng)求原語(yǔ)：PLS_DATA.request n指示原語(yǔ)：指

48、示原語(yǔ)：PLS_DATA.indication n本端本端MAC向鄰接的或向鄰接的或RS實(shí)體發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移實(shí)體發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移 的請(qǐng)求的請(qǐng)求 n本端物理實(shí)體將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的物理實(shí)體本端物理實(shí)體將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的物理實(shí)體 n遠(yuǎn)端通過(guò)遠(yuǎn)端通過(guò)PLS實(shí)體通知實(shí)體通知MAC實(shí)體數(shù)據(jù)的到達(dá)實(shí)體數(shù)據(jù)的到達(dá) 5.6.1 物理層概述物理層概述物理層服務(wù)原語(yǔ)物理層服務(wù)原語(yǔ) n狀態(tài)與信號(hào)指示原語(yǔ)狀態(tài)與信號(hào)指示原語(yǔ) n用于本地鄰接的上下層實(shí)體之間的控制和交互用于本地鄰接的上下層實(shí)體之間的控制和交互 nPLS_CARRIER.indication，載波指示，載波指示 n向向MAC通告載波狀態(tài)的改變通告載波狀態(tài)的改變 n告

49、知載波偵聽(tīng)功能在信道上是否發(fā)現(xiàn)載波告知載波偵聽(tīng)功能在信道上是否發(fā)現(xiàn)載波 nPLS_SIGNAL.indication，信號(hào)指示，信號(hào)指示 n向向MAC通告信號(hào)狀態(tài)的改變通告信號(hào)狀態(tài)的改變 n告知接收信號(hào)是否產(chǎn)生差錯(cuò)告知接收信號(hào)是否產(chǎn)生差錯(cuò) nPLS_DATA_VALID.indication，數(shù)據(jù)有效指示，數(shù)據(jù)有效指示 n向向MAC通告成幀信息通告成幀信息 nMAC使用此信息確定完整幀的接收并據(jù)此完成使用此信息確定完整幀的接收并據(jù)此完成CRC校驗(yàn)校驗(yàn) 5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n10Mbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) nManchester編碼編碼 ( 1B2B ), 10Mbps/20Mb

50、aud n10BASE5 802.3 -1985（粗同軸纜）（粗同軸纜） n10BASE2802.3a -1988（細(xì)同軸纜）（細(xì)同軸纜） n10BASE-F 802.3j -1993（光纖）（光纖） n10BASE-FL為主，為主，10BASE-FB/FP并未流行并未流行 n10BASE-T 802.3i -1990（雙絞線）（雙絞線） n10BROAD36802.3b -1985 n10BASE- FOIRL 802.3d -1987 n1BASE5802.3e -1987 n目前只使用：目前只使用：10BASE-T 5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) 10Mbps以太網(wǎng)的特點(diǎn)以太網(wǎng)的特

51、點(diǎn) n目前只使用目前只使用10BASE-T接口接口 n目前常與目前常與100BASE-T/1000BASE-T聯(lián)合使用聯(lián)合使用 n雙絞線、集線器的引入是以太網(wǎng)發(fā)展史上的重大事件雙絞線、集線器的引入是以太網(wǎng)發(fā)展史上的重大事件 n光纖通信技術(shù)的初步引入光纖通信技術(shù)的初步引入 n光纖以太網(wǎng)引入較后，編碼調(diào)制技術(shù)也較為簡(jiǎn)單光纖以太網(wǎng)引入較后，編碼調(diào)制技術(shù)也較為簡(jiǎn)單 n編碼技術(shù)：曼徹斯特編碼編碼技術(shù)：曼徹斯特編碼 n物理介質(zhì)的可用帶寬很寬，不必追求編碼效率物理介質(zhì)的可用帶寬很寬，不必追求編碼效率 n傳輸符號(hào)率為傳輸符號(hào)率為20Mbaud（波特）（波特） nUTP 3的帶寬為的帶寬為16MHz n 注意概

52、念：注意概念：bps, baud, Hz( 帶寬帶寬 ) 5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n100Mbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) n100BASE-TX/T4/FX802.3u -1995 n100BASE-TX： 2*UTP-5、MLT-3 n100BASE-T4：4*UTP-3/HD、8B6T-NRZ n100BASE-FX： n1300nmMMF/2km、4B5B-NRZI n標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：ANSI X3T12、ISO/IEC 9314 n100BASE-T2802.3y -1997 n2*UTP3/FD、PAM5*5 n100Mbps以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)FE 5

53、.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) nFE物理層標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)物理層標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià) n100BASE-T4/100BASE-T2 ：UTP-3 n隨著隨著UTP-5布線系統(tǒng)的迅速流行而失去市場(chǎng)布線系統(tǒng)的迅速流行而失去市場(chǎng) nT2技術(shù)十分復(fù)雜、其產(chǎn)品從未流行技術(shù)十分復(fù)雜、其產(chǎn)品從未流行 n100BASE-TX： 2對(duì)對(duì)UTP-5(5E) n十分成功，當(dāng)前的主流桌面技術(shù)，技術(shù)思路影響大十分成功，當(dāng)前的主流桌面技術(shù)，技術(shù)思路影響大 n當(dāng)前的表現(xiàn)形式：當(dāng)前的表現(xiàn)形式：10/100BASE-T、10/100/1000BASE-T n100BASE-FX：1310nmMMF/2km n借用借用FDDI物理層標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)

54、準(zhǔn)維護(hù)困難物理層標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)困難 n效率不高（如效率不高（如1300nmMMF） n單模長(zhǎng)距離無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品很難互連單模長(zhǎng)距離無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品很難互連 5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-概述概述 n1GbpsMDI的歷史標(biāo)準(zhǔn)的歷史標(biāo)準(zhǔn) n802.3z -19981000BASE-X n802.3ab-19991000BASE-T nANSI/TIA 8541000BASE-TX(并無(wú)產(chǎn)品并無(wú)產(chǎn)品) n標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn) n保持以太網(wǎng)的傳統(tǒng)幀格式，可選保持以太網(wǎng)的傳統(tǒng)幀格式，可選jumbo幀幀 n通常使用全雙工，但還保留了半雙工通常使用全雙工，但還保留了半雙工 5.6.4 1Gbps以太

55、網(wǎng)以太網(wǎng)-MDI n1000BASE-LX802.3z-1998 n長(zhǎng)波長(zhǎng)激光長(zhǎng)波長(zhǎng)激光/1310nm8B/10B n1000BASE-SX 802.3z-1998 n短波長(zhǎng)激光短波長(zhǎng)激光/850nm8B/10B n1000BASE-CX 802.3z-1998 n對(duì)稱屏蔽電纜對(duì)稱屏蔽電纜0.1 to 25 m8B/10B， n1000BASE-T 802.3ab-1999 n超五類雙絞線（超五類雙絞線（UTP5e）4D-PAM5 5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-MDI n10Gbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) nIEEE 802.3ae 2002 n10GBASE - LX4：運(yùn)行在多模光纖上：

56、運(yùn)行在多模光纖上 n10GBASE - SR/LR/ER：園區(qū)網(wǎng)：園區(qū)網(wǎng) n10GBASE - SW/LW/EW：廣域網(wǎng)：廣域網(wǎng) nIEEE P802.3ak-2004 n10GBASE - CX4 n10GbE體系：只支持全雙工鏈路！體系：只支持全雙工鏈路！ 5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)體系圖體系圖 Logical Link Control (LLC) “Ethernet” Upper Layers Media Access Control (MAC) Serial WAN PHY (64B/66B + WIS) Serial PMD 850 nm WWDM LAN PHY (8B/

57、10B) Serial LAN PHY (64B/66B) Serial PMD 1310 nm Serial PMD 1550 nm WWDM PMD 1310 nm LX4SRLRERSWLWEW Serial PMD 850 nm Serial PMD 1310 nm Serial PMD 1550 nm 5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n10GbE接口命名規(guī)則：三前綴接口命名規(guī)則：三前綴 n介質(zhì)類型介質(zhì)類型 nS：短波長(zhǎng)、：短波長(zhǎng)、850nm nL：長(zhǎng)波長(zhǎng)、：長(zhǎng)波長(zhǎng)、1310nm nE：超長(zhǎng)波長(zhǎng)、：超長(zhǎng)波長(zhǎng)、1550nm n編碼方法編碼方法 nX：8B/10B編碼，編碼，LAN/

58、PHY nR：64B/66B編碼，編碼，LAN/PHY nW：64B/66B+簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化SDH封裝，封裝，WAN/PHY n波長(zhǎng)數(shù)波長(zhǎng)數(shù) nN：波長(zhǎng)數(shù)，對(duì)：波長(zhǎng)數(shù)，對(duì)WWDM為為4，單波可以省略，單波可以省略“1” n10GBASE- LX4 = Long wavelength, 8B/10B coding (LAN PHY), 4 wavelengths n10GBASE-EW = Extra long wavelength, WAN PHY, 1 wavelength (serial） 5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n10G以太網(wǎng)具有兩個(gè)不同的物理層以太網(wǎng)具有兩個(gè)不同的物理層 n局域

59、網(wǎng)物理層局域網(wǎng)物理層 n速率速率10Gb/s n支持密集波分支持密集波分WWDM n提供提供850nm、1310nm和和1550nm接口接口 n廣域網(wǎng)物理層廣域網(wǎng)物理層 n速率速率9.58464Gb/s（需要進(jìn)行速率適配）（需要進(jìn)行速率適配） n提供提供OC-192接口（接口（SONET/SDH) n傳送傳送SONET/SDH幀（幀（SDH幀封裝幀封裝Ethernet MAC幀）幀） 5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) n10GbE光接口：標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離光接口：標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離 n注注1：LX4 支持支持 MMF (0-300m)和和SMF (0-10km) n注注2：距離取決于：距離取決于MMF

60、 類型類型( OM3/0M2/OM1 ) 10GBase-ER 10GBase-LW 10GBase-LR 10GBase-LX4 10GBase-SW 10GBase-SR 10GBase-EW 65m300m10Km40Km 850nm LAN Serial MMF 850nm WAN Serial MMF 1300nm LAN WWDM MMF1 1310nm LAN Serial SMF 1310nm WAN Serial SMF 1550nm LAN Serial SMF 1550nm WAN Serial SMF 1310nm LAN WWDM SMF1 5.6.6 附加議題附加議