上海交大計算機網(wǎng)絡(luò)課件Chap4

1、第4章 MAC層 1 / 219 v局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)概述 v信道共享問題信道共享問題 v多路訪問協(xié)議多路訪問協(xié)議 v以太網(wǎng)以太網(wǎng) v虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng) v無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 第4章 MAC層 2 / 219 v點對點通信：每一個通信信道只連接兩臺點對點通信：每一個通信信道只連接兩臺 計算機并只被這兩臺計算機占用。計算機并只被這兩臺計算機占用。 v點對點通信或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的特點：點對點通信或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的特點： 雙方可以通過協(xié)商改變鏈路參數(shù)等細(xì)節(jié)雙方可以通過協(xié)商改變鏈路參數(shù)等細(xì)節(jié) 安全性和私有性能夠得到保證安全性和私有性能夠得到保證 連接的總數(shù)量比計算機的總數(shù)量增長的快，連接數(shù)量連接的總數(shù)量比計算機

2、的總數(shù)量增長的快，連接數(shù)量 = (N2-N)/2= (N2-N)/2。 第4章 MAC層 3 / 219 v共享信道通信：依賴于共享網(wǎng)絡(luò)的局域共享信道通信：依賴于共享網(wǎng)絡(luò)的局域 網(wǎng)技術(shù)。網(wǎng)技術(shù)。 v共享通信信道的特點：共享通信信道的特點： 大大降低了組網(wǎng)費用大大降低了組網(wǎng)費用 適用于局域網(wǎng)而非長距離傳輸適用于局域網(wǎng)而非長距離傳輸 第4章 MAC層 4 / 219 v局域網(wǎng)流行的原因局域網(wǎng)流行的原因 局域網(wǎng)技術(shù)比較便宜并且容易得到局域網(wǎng)技術(shù)比較便宜并且容易得到 訪問的局部性：計算機與附近計算機通信可訪問的局部性：計算機與附近計算機通信可 能性比較大；計算機很有可能與同一臺計算能性比較大；計算機很

3、有可能與同一臺計算 機反復(fù)通信。機反復(fù)通信。 v局域網(wǎng)的分類局域網(wǎng)的分類 共享媒體局域網(wǎng)共享媒體局域網(wǎng) 交換局域網(wǎng)交換局域網(wǎng) 第4章 MAC層 5 / 219 v局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第4章 MAC層 6 / 219 第4章 MAC層 7 / 219 v局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)概述 v信道共享問題信道共享問題 v多路訪問協(xié)議多路訪問協(xié)議 v以太網(wǎng)以太網(wǎng) v虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng) v無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 第4章 MAC層 8 / 219 v 信道的靜態(tài)分配信道的靜態(tài)分配 v 信道的動態(tài)分配信道的動態(tài)分配 局域網(wǎng)的關(guān)鍵是解決信道共享問題局域網(wǎng)的關(guān)鍵是解決信道共享問題 第4章 MAC層 9 / 2

4、19 v通常采用多路復(fù)用技術(shù)通常采用多路復(fù)用技術(shù) v將一條物理媒體劃分成多個信道，固定將一條物理媒體劃分成多個信道，固定 分配給每一對通信的雙方分配給每一對通信的雙方 v通常用于點對點通信，不適合局域網(wǎng)通常用于點對點通信，不適合局域網(wǎng) 第4章 MAC層 10 / 219 v 信道的靜態(tài)分配信道的靜態(tài)分配 v 信道的動態(tài)分配信道的動態(tài)分配 第4章 MAC層 11 / 219 v將整個物理媒體看成一條信道，所有連將整個物理媒體看成一條信道，所有連 在媒體上的站點之間都是通過這條信道在媒體上的站點之間都是通過這條信道 傳輸。傳輸。 v主要問題：信道爭搶主要問題：信道爭搶 第4章 MAC層 12 /

5、219 v受控接入?yún)f(xié)議受控接入?yún)f(xié)議 v隨機接入?yún)f(xié)議隨機接入?yún)f(xié)議 第4章 MAC層 13 / 219 v輪詢：由中心控制器循環(huán)掃描每個站點，給每輪詢：由中心控制器循環(huán)掃描每個站點，給每 個站點一次發(fā)送的機會個站點一次發(fā)送的機會 v預(yù)約：每一輪分組的發(fā)送都是事先安排好的預(yù)約：每一輪分組的發(fā)送都是事先安排好的 v令牌傳遞：把計算機連成一個環(huán)，環(huán)中有一個令牌傳遞：把計算機連成一個環(huán)，環(huán)中有一個 特殊的稱為令牌的報文在傳遞。拿到令牌的站特殊的稱為令牌的報文在傳遞。拿到令牌的站 點可以把令牌扣下，并發(fā)送報文點可以把令牌扣下，并發(fā)送報文 v缺點：需要一個特殊的設(shè)備來協(xié)調(diào)這些過程缺點：需要一個特殊的設(shè)備來協(xié)調(diào)

6、這些過程 第4章 MAC層 14 / 219 v受控接入?yún)f(xié)議受控接入?yún)f(xié)議 v隨機接入?yún)f(xié)議隨機接入?yún)f(xié)議 第4章 MAC層 15 / 219 v不需要特殊的協(xié)調(diào)設(shè)備不需要特殊的協(xié)調(diào)設(shè)備 v計算機要發(fā)送時，會采用隨機選擇方式，計算機要發(fā)送時，會采用隨機選擇方式， 防止和其他計算機發(fā)生沖突防止和其他計算機發(fā)生沖突 v常用的隨機接入?yún)f(xié)議常用的隨機接入?yún)f(xié)議 ALOHA CSMA/CD CSMA/CA 第4章 MAC層 16 / 219 v單信道假設(shè)單信道假設(shè)（Single Channel Assumption） v站模型站模型（Station Model） v沖突假設(shè)沖突假設(shè)（Collision Assu

7、mption） v時間假設(shè)：時間假設(shè)： 時間連續(xù)（時間連續(xù)（Continuous Time） 時間分時隙（時間分時隙（Slotted Time） v偵聽假設(shè)：偵聽假設(shè)： 載波偵聽（載波偵聽（Carrier Sense） 非載波偵聽（非載波偵聽（no Carrier Sense） 第4章 MAC層 17 / 219 v所有通信，包括發(fā)送和接收，都通過單所有通信，包括發(fā)送和接收，都通過單 信道進行信道進行 v所有的站都在該信道上發(fā)送或接收信息所有的站都在該信道上發(fā)送或接收信息 v所有站都是平等的，各站沒有主從之分所有站都是平等的，各站沒有主從之分 信道是共享的，任何時刻只允許一個站點可以發(fā)送，并且

8、任信道是共享的，任何時刻只允許一個站點可以發(fā)送，并且任 何站點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán)（如有主從之分，則何站點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán)（如有主從之分，則 存在單點故障）存在單點故障） 第4章 MAC層 18 / 219 v單信道假設(shè)單信道假設(shè)（Single Channel Assumption） v站模型站模型（Station Model） v沖突假設(shè)沖突假設(shè)（Collision Assumption） v時間假設(shè)：時間假設(shè)： 時間連續(xù)（時間連續(xù)（Continuous Time） 時間分時隙（時間分時隙（Slotted Time） v偵聽假設(shè)偵聽假設(shè) 載波偵聽（載波偵聽（Carrier

9、 Sense） 非載波偵聽（非載波偵聽（no Carrier Sense） 有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)：有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)： 第4章 MAC層 19 / 219 v由由N個獨立的站（計算機、電話、個人通信個獨立的站（計算機、電話、個人通信 設(shè)備）組成設(shè)備）組成 v每個站都可產(chǎn)生待發(fā)送的幀每個站都可產(chǎn)生待發(fā)送的幀 v在時間在時間 t內(nèi)，生成一幀的概率為內(nèi)，生成一幀的概率為t，其中，其中 是常量（新幀到達速率）是常量（新幀到達速率） v一旦生成一幀，就等待發(fā)送，直到成功發(fā)送一旦生成一幀，就等待發(fā)送，直到成功發(fā)送 各站都是相互獨立地、都以固定速率產(chǎn)生數(shù)據(jù)幀，某站各站都是相互獨立地、都以固定速率產(chǎn)生數(shù)

10、據(jù)幀，某站 一旦產(chǎn)生新幀，即被阻塞，亦即不會再有新的幀產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生新幀，即被阻塞，亦即不會再有新的幀產(chǎn)生， 每個站只有一個用戶每個站只有一個用戶 第4章 MAC層 20 / 219 v單信道假設(shè)單信道假設(shè)（Single Channel Assumption） v站模型站模型（Station Model） v沖突假設(shè)沖突假設(shè)（Collision Assumption） v時間假設(shè)：時間假設(shè)： 時間連續(xù)（時間連續(xù)（Continuous Time） 時間分時隙（時間分時隙（Slotted Time） v偵聽假設(shè)偵聽假設(shè) 載波偵聽（載波偵聽（Carrier Sense） 非載波偵聽（非載波偵聽（no

11、 Carrier Sense） 有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)：有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)： 第4章 MAC層 21 / 219 v如兩幀同時發(fā)送，則發(fā)生沖突如兩幀同時發(fā)送，則發(fā)生沖突 v所有的站點都能檢測到?jīng)_突所有的站點都能檢測到?jīng)_突 v沖突的幀必須重發(fā)，除了沖突引起的差沖突的幀必須重發(fā)，除了沖突引起的差 錯外，沒有其它差錯錯外，沒有其它差錯 由于每個站點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán)，所由于每個站點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán)，所 以沖突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特以沖突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特 殊的機制來消除沖突（令牌網(wǎng)）殊的機制來消除沖突（令牌網(wǎng)） 第4章 MAC層 22 /

12、 219 v單信道假設(shè)單信道假設(shè)（Single Channel Assumption） v站模型站模型（Station Model） v沖突假設(shè)沖突假設(shè)（Collision Assumption） v時間假設(shè)：時間假設(shè)： 時間連續(xù)（時間連續(xù)（Continuous Time） 時間分時隙（時間分時隙（Slotted Time） v偵聽假設(shè)偵聽假設(shè) 載波偵聽（載波偵聽（Carrier Sense） 非載波偵聽（非載波偵聽（no Carrier Sense） 有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)：有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)： 第4章 MAC層 23 / 219 v時間連續(xù)（時間連續(xù)（Continuous Time）

13、幀的發(fā)送可在任意時刻幀的發(fā)送可在任意時刻 v時間分時隙（時間分時隙（Slotted Time） 時間被分為時隙，幀只能在時隙的開始處發(fā)時間被分為時隙，幀只能在時隙的開始處發(fā) 送，一個時隙中可發(fā)送送，一個時隙中可發(fā)送0、1或多幀，在一個或多幀，在一個 時隙的開始處，如果只有一個站點發(fā)送則成時隙的開始處，如果只有一個站點發(fā)送則成 功，如有多個站點發(fā)送則將發(fā)生沖突功，如有多個站點發(fā)送則將發(fā)生沖突 第4章 MAC層 24 / 219 v單信道假設(shè)單信道假設(shè)（Single Channel Assumption） v站模型站模型（Station Model） v沖突假設(shè)沖突假設(shè)（Collision Ass

14、umption） v時間假設(shè)：時間假設(shè)： 時間連續(xù)（時間連續(xù)（Continuous Time） 時間分時隙（時間分時隙（Slotted Time） v偵聽假設(shè)偵聽假設(shè) 載波偵聽（載波偵聽（Carrier Sense） 非載波偵聽（非載波偵聽（no Carrier Sense） 有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)：有關(guān)動態(tài)分配的五個假設(shè)： 第4章 MAC層 25 / 219 v載波偵聽（載波偵聽（Carrier Sense） 所有的站在使用信道前，都可檢測到當(dāng)前所有的站在使用信道前，都可檢測到當(dāng)前 信道是否正被使用，如信道正忙，則等待信道是否正被使用，如信道正忙，則等待 v非載波偵聽（非載波偵聽（no Ca

15、rrier Sense） 所有的站在使用信道前，都不檢測當(dāng)前信所有的站在使用信道前，都不檢測當(dāng)前信 道是否正被使用，只是盲目發(fā)送道是否正被使用，只是盲目發(fā)送 在局域網(wǎng)中，常采用載波偵聽在局域網(wǎng)中，常采用載波偵聽 第4章 MAC層 26 / 219 v局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)概述 v信道共享問題信道共享問題 v多路訪問協(xié)議多路訪問協(xié)議 v以太網(wǎng)以太網(wǎng) v虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng) v無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 第4章 MAC層 27 / 219 v純純ALOHA v分隙分隙ALOHA v載波偵聽多路訪問協(xié)議載波偵聽多路訪問協(xié)議 第4章 MAC層 28 / 219 v任何一個站都可以在幀生成后立即發(fā)送任何一個站都可以

16、在幀生成后立即發(fā)送 （可能沖突）（可能沖突） v通過信號的反饋，檢測信道，以確定發(fā)送通過信號的反饋，檢測信道，以確定發(fā)送 是否成功是否成功 v如發(fā)送失敗，則經(jīng)隨機延時后再發(fā)送如發(fā)送失敗，則經(jīng)隨機延時后再發(fā)送 第4章 MAC層 29 / 219 v在純在純ALOHA中，站點一旦產(chǎn)生新幀則立即發(fā)送，如果中，站點一旦產(chǎn)生新幀則立即發(fā)送，如果 一個標(biāo)準(zhǔn)長度的幀的發(fā)送時間為一個標(biāo)準(zhǔn)長度的幀的發(fā)送時間為t，在，在t0+t時刻允許生成時刻允許生成 一個新幀，除此新幀之外，在一個新幀，除此新幀之外，在t0 t0+2t 時間內(nèi)不能有其時間內(nèi)不能有其 它幀產(chǎn)生，否則沖突，即沖突危險區(qū)為它幀產(chǎn)生，否則沖突，即沖突危

17、險區(qū)為2t 沖突危險區(qū) t0 t0+t t0+2t t0+3t 時間 Tnbm P253 Fig. 4-2 陰影幀的沖突危險區(qū)陰影幀的沖突危險區(qū) 第4章 MAC層 30 / 219 v當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較閑時，效率較好當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較閑時，效率較好 v當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較忙時，會頻繁發(fā)生沖突。這種當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較忙時，會頻繁發(fā)生沖突。這種 沖突時的信道的利用率只能達到?jīng)_突時的信道的利用率只能達到18% 第4章 MAC層 31 / 219 v純純ALOHA v分隙分隙ALOHA v載波偵聽多路訪問協(xié)議載波偵聽多路訪問協(xié)議 第4章 MAC層 32 / 219 v在一個時隙內(nèi)只產(chǎn)生一個新在一個時隙內(nèi)只產(chǎn)生一個新 幀，新幀不允許立即發(fā)送

18、，幀，新幀不允許立即發(fā)送， 將在下一個時隙的開始處將在下一個時隙的開始處 t0+t 時發(fā)送，不會發(fā)生沖突時發(fā)送，不會發(fā)生沖突 v在一個時隙內(nèi)產(chǎn)生一個以上在一個時隙內(nèi)產(chǎn)生一個以上 新幀，下一個時隙的開始處新幀，下一個時隙的開始處 t0+t 時，一個以上的幀同時時，一個以上的幀同時 發(fā)送，將發(fā)生沖突，即沖突發(fā)送，將發(fā)生沖突，即沖突 危險區(qū)為危險區(qū)為t 時間 t0 t0+t t0+2t t0+t 沖突危險區(qū) t0 t0+t t0+2t t0+ t t0+ t 第4章 MAC層 33 / 219 v分隙分隙ALOHA的時間以時隙的時間以時隙(Time Slot)為單位為單位 v時隙的長度對應(yīng)一幀的傳輸

19、時間，其起點由專時隙的長度對應(yīng)一幀的傳輸時間，其起點由專 門的信號來標(biāo)志門的信號來標(biāo)志 v新幀的產(chǎn)生是隨機的，但分隙新幀的產(chǎn)生是隨機的，但分隙ALOHA不允許不允許 隨機發(fā)送，凡幀的發(fā)送必須在時隙的起點，即隨機發(fā)送，凡幀的發(fā)送必須在時隙的起點，即 沖突危險區(qū)是原來的一半沖突危險區(qū)是原來的一半 v信道利用率可達信道利用率可達36% 第4章 MAC層 34 / 219 v純純ALOHA v分隙分隙ALOHA v載波偵聽多路訪問協(xié)議載波偵聽多路訪問協(xié)議 第4章 MAC層 35 / 219 v持續(xù)和非持續(xù)持續(xù)和非持續(xù)CSMA v沖突檢測沖突檢測 在發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道，只有當(dāng)信道為空時才在發(fā)送數(shù)據(jù)前先

20、偵聽信道，只有當(dāng)信道為空時才 可能發(fā)送可能發(fā)送 第4章 MAC層 36 / 219 v1 持續(xù)持續(xù)CSMA v非持續(xù)非持續(xù)CSMA（Nonpersistent CSMA） vp 持續(xù)持續(xù)CSMA（p-persistent CSMA） 第4章 MAC層 37 / 219 v每個站在發(fā)送前，先偵聽信道，如信每個站在發(fā)送前，先偵聽信道，如信 道正忙，則等待并持續(xù)偵聽，一旦信道正忙，則等待并持續(xù)偵聽，一旦信 道空閑，立即發(fā)送，即發(fā)送的概率為道空閑，立即發(fā)送，即發(fā)送的概率為1； 如沖突，則延時一隨機時隙數(shù)后，重如沖突，則延時一隨機時隙數(shù)后，重 新發(fā)送新發(fā)送 第4章 MAC層 38 / 219 v1 持續(xù)

21、持續(xù)CSMA v非持續(xù)非持續(xù)CSMA（Nonpersistent CSMA） vp 持續(xù)持續(xù)CSMA（p-persistent CSMA） 第4章 MAC層 39 / 219 v每個站在發(fā)送前，先偵聽信道，如每個站在發(fā)送前，先偵聽信道，如 信道正忙，則不再繼續(xù)偵聽，而是信道正忙，則不再繼續(xù)偵聽，而是 延時一隨機時隙數(shù)后，再偵聽信道延時一隨機時隙數(shù)后，再偵聽信道 第4章 MAC層 40 / 219 v1 持續(xù)持續(xù)CSMA v非持續(xù)非持續(xù)CSMA（Nonpersistent CSMA） vp 持續(xù)持續(xù)CSMA（p-persistent CSMA） 第4章 MAC層 41 / 219 v用于分隙信道

22、用于分隙信道 v先偵聽信道，如信道正忙，則等到下先偵聽信道，如信道正忙，則等到下 一時隙；如信道空閑，則以概率一時隙；如信道空閑，則以概率p發(fā)發(fā) 送，而以概率送，而以概率q=(1-p)把本次發(fā)送延至把本次發(fā)送延至 下一時隙，直至發(fā)送成功下一時隙，直至發(fā)送成功 第4章 MAC層 42 / 219 v持續(xù)和非持續(xù)持續(xù)和非持續(xù)CSMA v沖突檢測沖突檢測 在發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道，只有當(dāng)信道為空時才在發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道，只有當(dāng)信道為空時才 可能發(fā)送可能發(fā)送 第4章 MAC層 43 / 219 vCSMA并不能完全解決沖突問題并不能完全解決沖突問題 如兩個或多個準(zhǔn)備發(fā)送的站都檢測到信道如兩個或多個準(zhǔn)備

23、發(fā)送的站都檢測到信道 空閑而同時發(fā)送將發(fā)生沖突空閑而同時發(fā)送將發(fā)生沖突 沖突沖突 A 1 km B = 5 s t 第4章 MAC層 44 / 219 vCSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection 帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問 CSMA/CD的概念模型：的概念模型： Tnbm P258 Fig. 4 5 CSMA/CD有三種狀態(tài)：競爭、傳輸或空閑有三種狀態(tài)：競爭、傳輸或空閑 幀幀幀幀幀幀 t0 傳輸周期傳輸周期競爭周期競爭周期空閑周期空閑周期時間時間 幀幀 競爭時隙競爭時隙 一旦沖突，則放一

24、旦沖突，則放 棄并隨機延時棄并隨機延時 第4章 MAC層 45 / 219 如一個站點發(fā)送并經(jīng)如一個站點發(fā)送并經(jīng)2 后，沒有沖突，即發(fā)送成功后，沒有沖突，即發(fā)送成功 典型地，一公里長的同軸電纜，典型地，一公里長的同軸電纜， 5 s 2 10 s 發(fā)生沖突發(fā)生沖突 AB t B發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 信信 道道 占占 用用 時時 間間 沖突加強信號沖突加強信號 TB TJ A檢測檢測 到?jīng)_突到?jīng)_突 B檢測檢測 到?jīng)_突到?jīng)_突 第4章 MAC層 46 / 219 v在一幀傳輸完成后的時刻在一幀傳輸完成后的時刻t0，想要發(fā)送的，想要發(fā)送的 站點都可以嘗試發(fā)送站點都可以嘗試發(fā)送 v如兩個或多個站點同時發(fā)送則發(fā)

25、生沖突如兩個或多個站點同時發(fā)送則發(fā)生沖突 v判斷出沖突后，立即停止發(fā)送，并延時判斷出沖突后，立即停止發(fā)送，并延時 一個隨機時隙數(shù)后，通常其中的一個站一個隨機時隙數(shù)后，通常其中的一個站 點將發(fā)送成功點將發(fā)送成功 第4章 MAC層 47 / 219 v信號電平法信號電平法 基于基帶傳輸，兩個幀信號疊加后，電壓大一倍基于基帶傳輸，兩個幀信號疊加后，電壓大一倍 v過零點檢測法過零點檢測法 用曼切斯特編碼時，零點在每比特的正中央，當(dāng)用曼切斯特編碼時，零點在每比特的正中央，當(dāng) 有干擾時，則可能偏移有干擾時，則可能偏移 v自收自發(fā)檢測法自收自發(fā)檢測法 在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也在接收，并逐個比特比較在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時

26、也在接收，并逐個比特比較 第4章 MAC層 48 / 219 v局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)概述 v信道共享問題信道共享問題 v多路訪問協(xié)議多路訪問協(xié)議 v以太網(wǎng)以太網(wǎng) v虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng) v無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 第4章 MAC層 49 / 219 v以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述 v經(jīng)典的以太網(wǎng)經(jīng)典的以太網(wǎng) v以太網(wǎng)的擴展以太網(wǎng)的擴展 v快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) v千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) vLLC 第4章 MAC層 50 / 219 v以太網(wǎng)包括了以太網(wǎng)包括了OSI七層協(xié)議中的下兩層，七層協(xié)議中的下兩層， 即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 v物理層規(guī)定了以太網(wǎng)的連接線路、接口物理層規(guī)定了以太網(wǎng)的連接線路、接

27、口 v數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了介質(zhì)共享方法及點對數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了介質(zhì)共享方法及點對 點的可靠傳輸點的可靠傳輸 第4章 MAC層 51 / 219 v802.3以太網(wǎng)：總線型以太網(wǎng)：總線型 10M v快速以太網(wǎng)：快速以太網(wǎng)：100M v千兆以太網(wǎng)：千兆以太網(wǎng)：1G 第4章 MAC層 52 / 219 v以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述 v經(jīng)典的以太網(wǎng)經(jīng)典的以太網(wǎng) v以太網(wǎng)的擴展以太網(wǎng)的擴展 v快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) v千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) vLLC 第4章 MAC層 53 / 219 v以太網(wǎng)的物理層以太網(wǎng)的物理層 v以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議子層協(xié)議 v沖突后的避讓算法沖突后的避讓算法 v以太網(wǎng)的性能以太網(wǎng)的性能

28、第4章 MAC層 54 / 219 v傳輸電纜分以下四種傳輸電纜分以下四種 名稱名稱電纜電纜 最大區(qū)間最大區(qū)間 長度長度 節(jié)點數(shù)節(jié)點數(shù)/段段優(yōu)點優(yōu)點接口接口 10Base5粗纜粗纜500m100用于主干用于主干AUI 10Base2細(xì)纜細(xì)纜185m30廉價廉價BNC 10Base-T雙絞線雙絞線100m1024易于維護易于維護RJ-45 10Base-F光纖光纖2km1024用于樓間用于樓間ST 第4章 MAC層 55 / 219 終止器終止器 終止器終止器粗纜粗纜收發(fā)器收發(fā)器 AUIAUI電纜電纜 第4章 MAC層 56 / 219 終止器終止器 細(xì)纜細(xì)纜 BNCBNC連接器連接器 容易出故

29、障容易出故障 第4章 MAC層 57 / 219 v其物理接口為其物理接口為RJ-45 v連線采用連線采用3類（或類（或5類）雙絞線，類）雙絞線， 僅用兩對線，且全雙工僅用兩對線，且全雙工 v距離為距離為100 m 第4章 MAC層 58 / 219 HUB RJ-45 雙絞線雙絞線 形式上是星形，本質(zhì)上是總線形式上是星形，本質(zhì)上是總線 第4章 MAC層 59 / 219 v以太網(wǎng)的物理層以太網(wǎng)的物理層 v以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議子層協(xié)議 v沖突后的避讓算法沖突后的避讓算法 v以太網(wǎng)的性能以太網(wǎng)的性能 第4章 MAC層 60 / 219 v以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu) 幀開始字符幀開始字符1

30、0101011 類型：表示上層使用的協(xié)議類型：表示上層使用的協(xié)議 如如IP協(xié)議為協(xié)議為800H，ARP協(xié)議為協(xié)議為806H 712/62/62015000464 先導(dǎo)字段先導(dǎo)字段 10101010 目的地址目的地址 源地址源地址數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)填充字符填充字符 校驗和校驗和 第4章 MAC層 61 / 219 v先導(dǎo)字段先導(dǎo)字段 v兩個地址兩個地址 v數(shù)據(jù)字段長度數(shù)據(jù)字段長度 v校驗和校驗和 v填充字段填充字段 第4章 MAC層 62 / 219 v7個字節(jié)的個字節(jié)的10101010，實際上下一個字，實際上下一個字 符也是先導(dǎo)字段，只是最后的兩位為符也是先導(dǎo)字段，只是最后的兩位為1， 表示緊接著的是

31、真正的表示緊接著的是真正的MAC幀幀 v8個字節(jié)的個字節(jié)的10101010的曼切斯特編碼將的曼切斯特編碼將 產(chǎn)生產(chǎn)生10MHz，持續(xù)，持續(xù)6. 4 s的方波，周期的方波，周期 為為0.1 s，可用于時鐘同步，可用于時鐘同步 第4章 MAC層 63 / 219 v先導(dǎo)字段先導(dǎo)字段 v兩個地址兩個地址 v數(shù)據(jù)字段長度數(shù)據(jù)字段長度 v校驗和校驗和 v填充字段填充字段 第4章 MAC層 64 / 219 v目的地址和源地址都允許為目的地址和源地址都允許為2字節(jié)或字節(jié)或6字節(jié)，在字節(jié)，在 10M bps的基帶以太網(wǎng)中是的基帶以太網(wǎng)中是6字節(jié)字節(jié) v目的地址最高位為目的地址最高位為0：普通地址：普通地址

32、1：多點發(fā)送（：多點發(fā)送（Multicast） 目的地址全目的地址全1：廣播發(fā)送（：廣播發(fā)送（Broadcast） v在在6個字節(jié)（共個字節(jié)（共48位）的地址中有位）的地址中有46位用于地位用于地 址的指定，即有址的指定，即有2467.03687x1013個地址個地址 v網(wǎng)卡地址是一個全局地址網(wǎng)卡地址是一個全局地址 如：如：44-45-53-54-00-00 第4章 MAC層 65 / 219 v先導(dǎo)字段先導(dǎo)字段 v兩個地址兩個地址 v數(shù)據(jù)字段長度數(shù)據(jù)字段長度 v校驗和校驗和 v填充字段填充字段 第4章 MAC層 66 / 219 v指明數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)字段長指明數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)字段長 度

33、允許為度允許為0 v4個字節(jié)共個字節(jié)共32位的位的CRC碼碼 第4章 MAC層 67 / 219 v先導(dǎo)字段先導(dǎo)字段 v兩個地址兩個地址 v數(shù)據(jù)字段長度數(shù)據(jù)字段長度 v校驗和校驗和 v填充字段填充字段 第4章 MAC層 68 / 219 v為保證幀的最短長度為為保證幀的最短長度為64個字節(jié)個字節(jié) 即：在數(shù)據(jù)字段長度為即：在數(shù)據(jù)字段長度為0時時 兩個地址（兩個地址（12字節(jié)）字節(jié)）+ 長度（長度（2個字節(jié)）個字節(jié)）+ 填充字節(jié)填充字節(jié)+ 校驗和（校驗和（4個字節(jié)）個字節(jié)）= 64 18字節(jié)字節(jié)+ 填充字節(jié)填充字節(jié) = 64 填充字節(jié)填充字節(jié) = 46 所以填充字節(jié)為：所以填充字節(jié)為：0 46字節(jié)

34、字節(jié) 第4章 MAC層 69 / 219 v為了確認(rèn)發(fā)送幀是否正確到達目的站為了確認(rèn)發(fā)送幀是否正確到達目的站 點，必須保證可能的沖突信號返回時點，必須保證可能的沖突信號返回時 幀的發(fā)送尚未結(jié)束，如在幀的發(fā)送尚未結(jié)束，如在2 內(nèi)沒有沖內(nèi)沒有沖 突信號返回，則發(fā)送成功，如果發(fā)送突信號返回，則發(fā)送成功，如果發(fā)送 端在端在2 時間內(nèi)幀已經(jīng)發(fā)送結(jié)束，則即時間內(nèi)幀已經(jīng)發(fā)送結(jié)束，則即 使沖突也無法檢測，即最短幀長應(yīng)與使沖突也無法檢測，即最短幀長應(yīng)與 2 相當(dāng)相當(dāng) 第4章 MAC層 70 / 219 v在極限條件下，在極限條件下，802.3局域網(wǎng)中發(fā)送方和接收方間允許局域網(wǎng)中發(fā)送方和接收方間允許 接有接有4個

35、中繼器，最大距離為個中繼器，最大距離為2500 m，往返，往返5000 m， 在傳輸速率為在傳輸速率為10M bps 條件下，如果在信號傳播過程條件下，如果在信號傳播過程 的盡頭發(fā)生沖突，往返的時間大約需要的盡頭發(fā)生沖突，往返的時間大約需要50 s，再考慮，再考慮 一些安全余量以及一些安全余量以及 2的整次冪的因素，所以通常取的整次冪的因素，所以通常取 51.2 s為爭用時隙的時間長度（為爭用時隙的時間長度（51.2 s即傳輸即傳輸512 bit，即，即64字節(jié)所耗費的時間），所以幀的長度至少為字節(jié)所耗費的時間），所以幀的長度至少為 64個字節(jié)個字節(jié) 第4章 MAC層 71 / 219 v以太

36、網(wǎng)的物理層以太網(wǎng)的物理層 v以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議子層協(xié)議 v沖突后的避讓算法沖突后的避讓算法 v以太網(wǎng)的性能以太網(wǎng)的性能 第4章 MAC層 72 / 219 v發(fā)送方在檢測到?jīng)_突后，雙方（或多方）都將發(fā)送方在檢測到?jīng)_突后，雙方（或多方）都將 延時一段時間，所謂一段時間到底是多長延時一段時間，所謂一段時間到底是多長? v檢測到?jīng)_突后，時間被分成離散的時隙檢測到?jīng)_突后，時間被分成離散的時隙 v時隙的長度等于信號在介質(zhì)上往返的傳播時間時隙的長度等于信號在介質(zhì)上往返的傳播時間 （在以太網(wǎng)中，一個時隙，即（在以太網(wǎng)中，一個時隙，即2 為為51.2 s ） v一般地，經(jīng)一般地，經(jīng)i次沖突后，發(fā)送站點

37、需等待的時隙次沖突后，發(fā)送站點需等待的時隙 數(shù)將從數(shù)將從0 2i - 1中隨機選擇中隨機選擇 第4章 MAC層 73 / 219 在一個時隙的起始處，兩個在一個時隙的起始處，兩個CSMA/CD站點同時發(fā)送一站點同時發(fā)送一 個幀，求前個幀，求前4次競爭都沖突的概率次競爭都沖突的概率? 第一次競爭沖突的概率為第一次競爭沖突的概率為1； 第一次沖突后，第一次沖突后，A、B都將在等待都將在等待0個或個或1個時隙之間選擇，選擇的組合有：個時隙之間選擇，選擇的組合有：00、 01、10、11，共，共4種，其中種，其中00和和11將再次沖突，所以第二次競爭時，沖突的將再次沖突，所以第二次競爭時，沖突的 概率

38、為概率為0.5 第二次沖突后：第二次沖突后：A、B都將在都將在0、1、2、3之間選擇，選擇的組合有：之間選擇，選擇的組合有：00、01、 02、03、10、11、12、13、20、21、22、23、30、31、32、33共共16種，其種，其 中中00、11、22、33將再次沖突，所以第三次競爭時，沖突的概率為將再次沖突，所以第三次競爭時，沖突的概率為0.25 第三次沖突后：第三次沖突后：A、B都將在都將在0、1、2、3、4、5、6、7之間選擇，選擇的組合之間選擇，選擇的組合 共有共有64種，其中種，其中00、11、 、77將再次沖突，所以第四次競爭時，沖突的將再次沖突，所以第四次競爭時，沖突的

39、 概率為概率為0.125 前四次競爭都沖突的概率為：前四次競爭都沖突的概率為：1 x 0.5 x 0.25 x 0.125 = 0.015625 第4章 MAC層 74 / 219 以上討論的是發(fā)送方怎樣避免沖突，或沖突后怎以上討論的是發(fā)送方怎樣避免沖突，或沖突后怎 樣再次競爭以成功發(fā)送，一旦發(fā)送成功后，如果樣再次競爭以成功發(fā)送，一旦發(fā)送成功后，如果 接收方需發(fā)確認(rèn)幀，則必須通過競爭才能得到信接收方需發(fā)確認(rèn)幀，則必須通過競爭才能得到信 道的使用權(quán)，但是，如把一次成功發(fā)送后的第一道的使用權(quán)，但是，如把一次成功發(fā)送后的第一 個時隙留給接收方，則可保證發(fā)送方能及時收到個時隙留給接收方，則可保證發(fā)送方

40、能及時收到 確認(rèn)，確認(rèn)，然而標(biāo)準(zhǔn)中并不允許然而標(biāo)準(zhǔn)中并不允許 第4章 MAC層 75 / 219 v以太網(wǎng)的電纜以太網(wǎng)的電纜 v以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議子層協(xié)議 v沖突后的避讓算法沖突后的避讓算法 v以太網(wǎng)的性能以太網(wǎng)的性能 第4章 MAC層 76 / 219 對某個站點來說，從站點產(chǎn)生新幀到允許發(fā)送的等待對某個站點來說，從站點產(chǎn)生新幀到允許發(fā)送的等待 時間越短越好；對信道來說，在保證每個站點性能的時間越短越好；對信道來說，在保證每個站點性能的 基礎(chǔ)上，能支持的站點數(shù)越多越好，很顯然，這與共基礎(chǔ)上，能支持的站點數(shù)越多越好，很顯然，這與共 享網(wǎng)絡(luò)中的站點數(shù)和每個站點在單位時間內(nèi)發(fā)送幀的享網(wǎng)絡(luò)中

41、的站點數(shù)和每個站點在單位時間內(nèi)發(fā)送幀的 概率有關(guān)，所以，設(shè)：概率有關(guān)，所以，設(shè)： v在穩(wěn)定重載荷的情況下，有在穩(wěn)定重載荷的情況下，有k個站點參與信道競爭個站點參與信道競爭 v每個站點在每個時隙中的發(fā)送概率為每個站點在每個時隙中的發(fā)送概率為p 第4章 MAC層 77 / 219 平均競爭時間平均競爭時間 = 平均競爭時隙數(shù)平均競爭時隙數(shù) x 時隙長度時隙長度(2 ) 那么：某個給定時隙內(nèi)，站點成功獲得信道的概率為：那么：某個給定時隙內(nèi)，站點成功獲得信道的概率為： A = kp(1-p)k 1 顯然，當(dāng)顯然，當(dāng)p = 1/k時，時，A將取最大值將取最大值 當(dāng)當(dāng)k 時，時，A 1/e 競爭時隙數(shù)正好

42、是競爭時隙數(shù)正好是j個時隙的概率個時隙的概率=A(1-A)j-1 平均競爭時隙數(shù)平均競爭時隙數(shù)= = e A AAj j j 1 )1 ( 1 0 1 1 k k k A 信道效率信道效率 = 每幀發(fā)送時間（每幀發(fā)送時間（P） 每幀發(fā)送時間（每幀發(fā)送時間（P）+ 平均競爭時間（平均競爭時間（T） 第4章 MAC層 78 / 219 由于由于802.3采用的是采用的是CSMA/CD（帶沖突檢測（帶沖突檢測 的載波偵聽多路訪問），的載波偵聽多路訪問）， 是發(fā)送站點到最遠(yuǎn)是發(fā)送站點到最遠(yuǎn) 站點的信號傳播延時，為保證沖突信號的回站點的信號傳播延時，為保證沖突信號的回 傳時間，所以每個時隙的時間為傳時間

43、，所以每個時隙的時間為2 ，平均競，平均競 爭時隙數(shù)為爭時隙數(shù)為e，所以平均競爭時間為，所以平均競爭時間為2 e 信道效率信道效率 = 每幀發(fā)送時間（每幀發(fā)送時間（P） 每幀發(fā)送時間（每幀發(fā)送時間（P）+ 平均競爭時間（平均競爭時間（T） P P + 2 A P P+2 e = 第4章 MAC層 79 / 219 如：幀長為如：幀長為F，網(wǎng)絡(luò)帶寬為，網(wǎng)絡(luò)帶寬為B，電纜長度為，電纜長度為L 信號傳播速率為信號傳播速率為c（典型的為（典型的為5s/km） 每幀傳輸時間為每幀傳輸時間為P=F/B 信號的最大傳播延遲信號的最大傳播延遲 =L/c 在有在有e個競爭時隙的情況下個競爭時隙的情況下 cF B

44、Le c Le B F B F 2 1 1 2 + + 即最佳的信道效率即最佳的信道效率 可見，增加網(wǎng)絡(luò)帶寬或遠(yuǎn)距離傳輸，將使信道效率降低可見，增加網(wǎng)絡(luò)帶寬或遠(yuǎn)距離傳輸，將使信道效率降低 所以，在高帶寬或廣域網(wǎng)條件下，以太網(wǎng)可能不是最合適的所以，在高帶寬或廣域網(wǎng)條件下，以太網(wǎng)可能不是最合適的 第4章 MAC層 80 / 219 v以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述 v經(jīng)典的以太網(wǎng)經(jīng)典的以太網(wǎng) v以太網(wǎng)的擴展以太網(wǎng)的擴展 v快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) v千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) vLLC 第4章 MAC層 81 / 219 交叉雙絞線電纜交叉雙絞線電纜 Tnbm P287 Fig. 4-22 (a) 兩個站點的以太網(wǎng)兩

45、個站點的以太網(wǎng) 第4章 MAC層 82 / 219 A B C D E HUB 交交 換換 機機 交叉雙絞線電纜交叉雙絞線電纜 直連雙絞線電纜直連雙絞線電纜 Tnbm P287 Fig. 4-22 (b) 多站點以太網(wǎng)多站點以太網(wǎng) 第4章 MAC層 83 / 219 v交換機有一個高速的背板，速率可達交換機有一個高速的背板，速率可達1G b/s或更高或更高 v背板上可插入若干個模塊（有的模塊還可插入子模塊）背板上可插入若干個模塊（有的模塊還可插入子模塊） v每個模塊（或子模塊）上有每個模塊（或子模塊）上有4 8個個RJ-45的端口，甚至的端口，甚至 更多，每個模塊實際上是一個規(guī)模較小的局域網(wǎng)，

46、即一更多，每個模塊實際上是一個規(guī)模較小的局域網(wǎng)，即一 個模塊就是一個共享域（以太網(wǎng)中，共享域即沖突域）個模塊就是一個共享域（以太網(wǎng)中，共享域即沖突域） v一個模塊上任一時刻只能有一個站點發(fā)送，但分屬不同一個模塊上任一時刻只能有一個站點發(fā)送，但分屬不同 模塊上的端口可并行工作，這可理解為組交換：模塊內(nèi)模塊上的端口可并行工作，這可理解為組交換：模塊內(nèi) 共享，模塊間交換共享，模塊間交換 v當(dāng)每個模塊都退化成只有一個端口時，即一個共享域中當(dāng)每個模塊都退化成只有一個端口時，即一個共享域中 只有一個端口，則該交換機是全交換的只有一個端口，則該交換機是全交換的 第4章 MAC層 84 / 219 v交換式局

47、域網(wǎng)通常以百兆以太網(wǎng)交換機或千兆以交換式局域網(wǎng)通常以百兆以太網(wǎng)交換機或千兆以 太網(wǎng)交換機作為局域網(wǎng)的核心交換設(shè)備，交換機太網(wǎng)交換機作為局域網(wǎng)的核心交換設(shè)備，交換機 的每個端口都可用于連接一個網(wǎng)段或一臺主機的每個端口都可用于連接一個網(wǎng)段或一臺主機 v每個端口連接的網(wǎng)段形成一個沖突域，端口之間每個端口連接的網(wǎng)段形成一個沖突域，端口之間 幀的傳輸不受幀的傳輸不受CSMA/CD的限制的限制 v交換機上不同類型的端口支持不同類型的傳輸介交換機上不同類型的端口支持不同類型的傳輸介 質(zhì)，不同類型的端口其最大傳輸距離也不盡相同質(zhì)，不同類型的端口其最大傳輸距離也不盡相同 第4章 MAC層 85 / 219 主交

48、換機主交換機 服務(wù)器服務(wù)器 HUB 子網(wǎng)子網(wǎng) 2 子網(wǎng)子網(wǎng) 3 子網(wǎng)子網(wǎng)4 沖突域沖突域 子網(wǎng)子網(wǎng) 1 中央路由器中央路由器 部門交換機部門交換機 第4章 MAC層 86 / 219 v以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述 v經(jīng)典的以太網(wǎng)經(jīng)典的以太網(wǎng) v以太網(wǎng)的擴展以太網(wǎng)的擴展 v快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) v千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) vLLC 第4章 MAC層 87 / 219 v也稱為百兆以太網(wǎng)也稱為百兆以太網(wǎng) v采用星型連接方式，由一個百兆的集線器連采用星型連接方式，由一個百兆的集線器連 接所有機器接所有機器 v不支持同軸電纜不支持同軸電纜 vMAC層沒有變化，所以與層沒有變化，所以與10兆以太網(wǎng)兼容兆以太網(wǎng)兼容

49、 第4章 MAC層 88 / 219 v100兆以太網(wǎng)最短幀長不變，但速率提高兆以太網(wǎng)最短幀長不變，但速率提高 了了10倍，所以只能將最長的傳輸距離縮倍，所以只能將最長的傳輸距離縮 小小10倍倍 v采用雙絞線的連接方式將網(wǎng)段中的最長采用雙絞線的連接方式將網(wǎng)段中的最長 的電纜長度減小到的電纜長度減小到100米米 第4章 MAC層 89 / 219 v100BASE-FX：2對光纖，采用對光纖，采用4B5B編碼編碼 v100BASE-TX：2對無屏蔽對無屏蔽5類雙絞線或屏蔽雙類雙絞線或屏蔽雙 絞線，用絞線，用“多電平傳輸多電平傳輸”的編碼方式的編碼方式 v100BASE-T4：4對對3類雙絞線，類

50、雙絞線，3對發(fā)送用，對發(fā)送用，1 對接受，用對接受，用6B8T-NRZ編碼方式編碼方式 第4章 MAC層 90 / 219 v用正、負(fù)、零三種電平用正、負(fù)、零三種電平 v編碼規(guī)則：編碼規(guī)則： 0：下一個輸出值不變：下一個輸出值不變 1：下一個輸出值要變。如前一個輸出的：下一個輸出值要變。如前一個輸出的 是正值或負(fù)值，則輸出零。若前一個輸出是正值或負(fù)值，則輸出零。若前一個輸出 零，則輸出與前一個非零值符號相反的值零，則輸出與前一個非零值符號相反的值 4B/5B 第4章 MAC層 91 / 219 v以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述 v經(jīng)典的以太網(wǎng)經(jīng)典的以太網(wǎng) v以太網(wǎng)的擴展以太網(wǎng)的擴展 v快速以太網(wǎng)快速以太

51、網(wǎng) v千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) vLLC 第4章 MAC層 92 / 219 v百兆到桌面的需求日益強烈百兆到桌面的需求日益強烈 v千兆以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.3z，1998年年6月公月公 布布 v與與10M、100M以太網(wǎng)向后兼容，保持平以太網(wǎng)向后兼容，保持平 滑過渡滑過渡 第4章 MAC層 93 / 219 v1000BASE-SX：多模光纖，傳輸距離為：多模光纖，傳輸距離為 275m或或550m v1000BASE-LX：多模光纖，傳輸距離為：多模光纖，傳輸距離為 550m或或5km v1000BASE-CX：屏蔽雙絞線，傳輸距離：屏蔽雙絞線，傳輸距離 25m v1000BASE

52、-T：4對對5類雙絞線，傳輸距類雙絞線，傳輸距 離離100m 第4章 MAC層 94 / 219 v載波擴展載波擴展 v短幀突發(fā)短幀突發(fā) 802.3z允許鏈路中使用共享設(shè)備（如允許鏈路中使用共享設(shè)備（如HUB），為進行沖突），為進行沖突 檢測，則幀的傳輸時間必須大于最長距離的信號往返的傳播檢測，則幀的傳輸時間必須大于最長距離的信號往返的傳播 時間，即時間，即2 為保證與為保證與HUB的最長距離允許為的最長距離允許為100 m， 802.3z把時隙定把時隙定 為為4.096 s（傳輸（傳輸4096比特的時間），為與比特的時間），為與802.3及及802.3u 兼容，不能增加最小幀的長度，所以采用

53、了載波擴展技術(shù)兼容，不能增加最小幀的長度，所以采用了載波擴展技術(shù) 又為了提高有效數(shù)據(jù)的傳輸率，還采用了短幀突發(fā)技術(shù)又為了提高有效數(shù)據(jù)的傳輸率，還采用了短幀突發(fā)技術(shù) 第4章 MAC層 95 / 219 v為保證與為保證與802.3及及802.3u兼容，不能增加最小幀的長度，兼容，不能增加最小幀的長度， 即最小幀的長度仍為即最小幀的長度仍為64 Byte，但在幀傳輸完后，如尚，但在幀傳輸完后，如尚 未到達未到達4.096 s時，則以載波信號充斥其余時間時，則以載波信號充斥其余時間 傳輸速率傳輸速率 M bps 往返距離往返距離 m 一個時隙一個時隙2 內(nèi)可傳輸?shù)膬?nèi)可傳輸?shù)?Byte 802.310

54、5000 64 B（51.2 s ） 802.3u100500 64 B （5.12 s ） 802.3z1000400 512 B （4.096 s ） 第4章 MAC層 96 / 219 v千兆以太網(wǎng)的最短幀長與時隙不相關(guān)千兆以太網(wǎng)的最短幀長與時隙不相關(guān) v采用載波擴展技術(shù)采用載波擴展技術(shù) 最小幀長為最小幀長為 64Byte = 512Byte 載波持續(xù)長度載波持續(xù)長度 7166246 15004448 0 先導(dǎo)字段 幀起始符 目的地址源地址類型/長度數(shù) 據(jù)FCS擴展 對小于對小于64Byte的以太幀，本來就必須填充，與千兆以太網(wǎng)格式無關(guān)的以太幀，本來就必須填充，與千兆以太網(wǎng)格式無關(guān) 第4

55、章 MAC層 97 / 219 v如長度為如長度為64 Byte的短幀，都必須在的短幀，都必須在512 Byte的的 時隙內(nèi)傳輸，將嚴(yán)重影響性能，其信道效率為：時隙內(nèi)傳輸，將嚴(yán)重影響性能，其信道效率為： v64 Byte的短幀擴展成的短幀擴展成512 Byte，如沖突在前，如沖突在前64 Byte 之后，幀的重發(fā)將是無意義的之后，幀的重發(fā)將是無意義的 幀長幀長64 B = 64 = 12% 擴展成擴展成512 B + 幀前導(dǎo)幀前導(dǎo)8 B + 幀間隙幀間隙12 B532 第4章 MAC層 98 / 219 v載波擴展載波擴展 v短幀突發(fā)短幀突發(fā) 802.3z允許鏈路中使用共享設(shè)備（如允許鏈路中使

56、用共享設(shè)備（如HUB），為進行沖突），為進行沖突 檢測，則幀的傳輸時間必須大于最長距離的信號往返的傳播檢測，則幀的傳輸時間必須大于最長距離的信號往返的傳播 時間，即時間，即2 為保證與為保證與HUB的最長距離允許為的最長距離允許為100 m， 802.3z把時隙定把時隙定 為為4.096 s（傳輸（傳輸4096比特的時間），為與比特的時間），為與802.3及及802.3u 兼容，不能增加最小幀的長度，所以采用了載波擴展技術(shù)兼容，不能增加最小幀的長度，所以采用了載波擴展技術(shù) 又為了提高有效數(shù)據(jù)的傳輸率，還采用了短幀突發(fā)技術(shù)又為了提高有效數(shù)據(jù)的傳輸率，還采用了短幀突發(fā)技術(shù) 第4章 MAC層 99

57、/ 219 v當(dāng)短幀突發(fā)時，讓一個站發(fā)送多個幀，而只當(dāng)短幀突發(fā)時，讓一個站發(fā)送多個幀，而只 對第一個幀進行載波擴展，緊接著發(fā)送后面對第一個幀進行載波擴展，緊接著發(fā)送后面 的幀，這些幀毋需載波擴展的幀，這些幀毋需載波擴展 時隙時隙4096 bit 8192字節(jié)突發(fā)中啟動字節(jié)突發(fā)中啟動 最后幀的最大時間最后幀的最大時間 前導(dǎo)前導(dǎo) SFD MAC 幀幀1 擴展如擴展如 有需要有需要 IFG 前導(dǎo)前導(dǎo) SFD MAC 幀幀2 IFG 前導(dǎo)前導(dǎo) SFD MAC 幀幀3 IFG 前導(dǎo)前導(dǎo) SFD MAC 幀幀4 IFG（Inter Frame Gap）：）：幀間隔幀間隔 第4章 MAC層 100 / 21

58、9 v發(fā)生在擴展位的沖突被認(rèn)為是一次遲沖發(fā)生在擴展位的沖突被認(rèn)為是一次遲沖 突，突，IEEE 802.3z規(guī)定發(fā)送方在檢測到遲規(guī)定發(fā)送方在檢測到遲 沖突之后不能進行重傳沖突之后不能進行重傳 第4章 MAC層 101 / 219 vIEEE802.3ae標(biāo)準(zhǔn)于標(biāo)準(zhǔn)于2002年年6月完成月完成 v幀格式與其他以太網(wǎng)相同幀格式與其他以太網(wǎng)相同 v只使用光纖作為傳輸媒體只使用光纖作為傳輸媒體 第4章 MAC層 102 / 219 v以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述 v經(jīng)典的以太網(wǎng)經(jīng)典的以太網(wǎng) v以太網(wǎng)的擴展以太網(wǎng)的擴展 v快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) v千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) vLLC 第4章 MAC層 103 / 219

59、 v邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制LLC（Logical Link Control）， 即即 IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) Tnbm P291 Fig. 4-24 (a) LLC的位置的位置 (b) 協(xié)議格式協(xié)議格式 LLC MAC 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 物理層物理層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 LLCMAC分組分組 LLC分組分組 分組分組 MAC 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) LLC MAC 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 物理層物理層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 LLCMAC分組分組 LLC分組分組 分組分組 MAC 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 第4章 MAC層 104 / 219 v由于不同的網(wǎng)絡(luò)類型有不同的介質(zhì)訪問子由于不同的網(wǎng)絡(luò)類型有不同的介質(zhì)訪問子 層與之對應(yīng)

60、，而邏輯鏈路控制子層層與之對應(yīng)，而邏輯鏈路控制子層LLC則則 掩蓋了不同物理網(wǎng)絡(luò)之間的差別，以統(tǒng)一掩蓋了不同物理網(wǎng)絡(luò)之間的差別，以統(tǒng)一 的格式為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)的格式為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù) vLLC子層把網(wǎng)絡(luò)層的分組（在子層把網(wǎng)絡(luò)層的分組（在TCP/IP中即中即 IP包）加上包）加上LLC頭，交給頭，交給MAC子層組成相子層組成相 應(yīng)的應(yīng)的802.X幀發(fā)送幀發(fā)送 第4章 MAC層 105 / 219 v在物理層擴展：通過中繼器在物理層擴展：通過中繼器 v在鏈路層擴展：網(wǎng)橋、交換機在鏈路層擴展：網(wǎng)橋、交換機 第4章 MAC層 106 / 219 v網(wǎng)橋網(wǎng)橋 v網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 第4章 MAC層