C042使用廣播信道的以太網(wǎng)

課件制作人：謝希仁3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

3.4.1使用集線器的星形拓?fù)鋫鹘y(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)洌谛切蔚闹行膭t增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)課件制作人：謝希仁使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)集線器兩對(duì)雙絞線站點(diǎn)RJ-45插頭課件制作人：謝希仁RJ-45連接器RJ-45連接器包括一個(gè)插頭和一個(gè)插孔（或插座）插孔安裝在機(jī)器上插頭和連接導(dǎo)線（如無屏蔽雙絞線的5類線）相連只使用4根針腳（1,2,3和6）針腳1發(fā)送針腳2發(fā)送針腳3接收針腳4不使用針腳5不使用針腳6接收針腳7不使用針腳8不使用課件制作人：謝希仁將5類線電纜與RJ-45插頭連接起來課件制作人：謝希仁星形網(wǎng)10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個(gè)站需要用兩對(duì)雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。10Base-T的標(biāo)準(zhǔn)802.3i10Mb/s的數(shù)據(jù)率Base表示連接線上的信號(hào)是基帶信號(hào)T代表雙絞線課件制作人：謝希仁集線器的一些特點(diǎn)10BASE-T的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過100m。集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。同一時(shí)刻至多只允許一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層，簡單轉(zhuǎn)發(fā)比特，不進(jìn)行碰撞檢測。

課件制作人：謝希仁具有三個(gè)接口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。課件制作人：謝希仁3.4.2以太網(wǎng)的信道利用率以太網(wǎng)的信道被占用的情況：爭用期長度為2，即端到端傳播時(shí)延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號(hào)。幀長為L

(bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C(b/s)，因而幀的發(fā)送時(shí)間為T0(s)

=L/C

。

課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)的信道利用率一個(gè)幀從開始發(fā)送，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑(即再經(jīng)過時(shí)間使得信道上無信號(hào)在傳播，最后一個(gè)比特傳送到對(duì)端)時(shí)為止，是發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間。發(fā)送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間…課件制作人：謝希仁參數(shù)a

要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小與T0之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù)a，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延與幀的發(fā)送時(shí)間T0之比：(3-2)a→0表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測出來，并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高。

a越大，表明爭用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。課件制作人：謝希仁對(duì)以太網(wǎng)參數(shù)的要求要求的數(shù)值要小些，分母T0的數(shù)值要大些當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時(shí)，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制，否則的數(shù)值會(huì)太大。以太網(wǎng)的幀長L不能太短，否則T0的值會(huì)太小，使a值太大。T0(s)=L/C課件制作人：謝希仁在理想化的情況下，以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會(huì)產(chǎn)生碰撞（這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法），即總線一旦空閑就有某一個(gè)站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送一幀占用線路的時(shí)間是T0+，而幀本身的發(fā)送時(shí)間是T0。于是我們可計(jì)算出理想情況下的極限信道利用率Smax為：信道利用率的最大值Smax

(3-3)Smax與連在LAN上的站點(diǎn)數(shù)無關(guān)課件制作人：謝希仁3.4.3以太網(wǎng)的

MAC

層

1.MAC

層的硬件地址

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址（固化在適配器的ROM中）。802

標(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字”或標(biāo)識(shí)符。名字指出所要找尋的那個(gè)資源，地址指出那個(gè)資源在何處，路由告訴我們?nèi)绾蔚竭_(dá)該處。但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。課件制作人：謝希仁48位的MAC地址IEEE的注冊管理機(jī)構(gòu)

RA負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高位24位)。地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。一個(gè)地址塊可以生成224個(gè)不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48。課件制作人：謝希仁C:\DocumentsandSettings\Administrator>ipconfig/allWindowsIPConfigurationHostName.............:PC-200407281522PrimaryDnsSuffix........:NodeType..............:UnknownIPRoutingEnabled........:NoWINSProxyEnabled.......:NoEthernetadapter本地連接:Connection-specificDNSSuffix.:Description...........:RealtekRTL8169/8110FamilyGigabitEthernetNIC

PhysicalAddress.........:00-19-DB-4D-2B-F7DhcpEnabled...........:NoIPAddress.............:202.112.146.144SubnetMask...........:255.255.255.0DefaultGateway.........:202.112.146.2DNSServers............:202.112.144.236202.112.144.246課件制作人：謝希仁適配器檢查MAC地址適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：單播(unicast)幀（一對(duì)一）廣播(broadcast)幀（一對(duì)全體）多播(multicast)幀（一對(duì)多）課件制作人：謝希仁2.MAC

幀的格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)MAC幀以太網(wǎng)的MAC

幀格式課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式目的地址字段6字節(jié)課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式源地址字段6字節(jié)課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式類型字段2字節(jié)類型字段用來標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個(gè)協(xié)議。當(dāng)類型字段的值是0X0800時(shí)，表示上層使用的是IP數(shù)據(jù)報(bào)課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式數(shù)據(jù)字段46~1500

字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱是MAC

客戶數(shù)據(jù)字段最小長度64字節(jié)

18字節(jié)的首部和尾部=數(shù)據(jù)字段的最小長度

課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4

字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1108

時(shí)，MAC子層可使未檢測到的差錯(cuò)小于11014。當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長不小于64字節(jié)。課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入首部沒有幀長度（或數(shù)據(jù)長度）字段，MAC子層如何知道從接收到的以太網(wǎng)幀中取出多少字節(jié)的數(shù)據(jù)交付給上一層協(xié)議？曼徹斯特編碼的每一個(gè)碼元的正中間一定有一次電壓的轉(zhuǎn)換發(fā)送方發(fā)送完一個(gè)以太網(wǎng)幀后，就不再發(fā)送其他碼元了。因此，接受適配器接口上的電壓就不再變化了。接收方就可以找到以太幀的結(jié)束為止。往前數(shù)4個(gè)字節(jié)，就能確定數(shù)據(jù)字段的結(jié)束為止課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個(gè)字段共7個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的要比MAC幀還多8個(gè)字節(jié)課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯(cuò)；數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。對(duì)于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。無效的MAC幀課件制作人：謝希仁幀間最小間隔為9.6s，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間。一個(gè)站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。幀間最小間隔課件制作人：謝希仁作業(yè)3-03,3-18~3-26課件制作人：謝希仁假定站點(diǎn)A和B在同一個(gè)10Mb/s以太網(wǎng)上。這兩個(gè)站點(diǎn)之間的傳播時(shí)延為225比特時(shí)間?，F(xiàn)假定A開始發(fā)送一幀，并且在A發(fā)送結(jié)束之前B也發(fā)送一幀。如果A發(fā)送的是以太網(wǎng)所容許的最短的幀，A在發(fā)送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么能否肯定A所發(fā)送的幀不會(huì)和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞？作業(yè)3-24課件制作人：謝希仁作業(yè)3-24解答最短的幀：64字節(jié),512比特時(shí)間，p85每個(gè)以太網(wǎng)幀在發(fā)送到信道上時(shí)，在MAC幀前面還要增加8字節(jié)的前同步碼和幀定界符，p92,p93設(shè)在t=0時(shí)A開始發(fā)送在t=(64+8)*8=512+8*8比特時(shí)間，A發(fā)送完畢t=225比特時(shí)間，B就檢測出A的信號(hào)。只要B在t=224比特時(shí)間之前發(fā)送數(shù)據(jù)，A在發(fā)送完畢之前就一定檢測到碰撞。就能夠肯定以后也不會(huì)再發(fā)生碰撞了。如果A在發(fā)送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么能肯定A所發(fā)送的幀不會(huì)和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞課件制作人：謝希仁作業(yè)3-25在上題中的站點(diǎn)A和B在t=0時(shí)同時(shí)發(fā)送了數(shù)據(jù)幀。當(dāng)t=225比特時(shí)間，A和B同時(shí)檢測到發(fā)生了碰撞，并且在t=225+48=273比特時(shí)間完成了干擾信號(hào)的傳輸。A和B在CSMA/CD算法中選擇不同的r值退避。假定A和B選擇的隨機(jī)數(shù)分別是rA=0和rB=1。試問A和B各在什么時(shí)間開始重傳其數(shù)據(jù)幀？A重傳的數(shù)據(jù)幀在什么時(shí)間到達(dá)B?A重傳的數(shù)據(jù)會(huì)不會(huì)和B重傳的數(shù)據(jù)再次發(fā)生碰撞？B會(huì)不會(huì)在預(yù)定的重傳時(shí)間停止發(fā)送數(shù)據(jù)？課件制作人：謝希仁作業(yè)3-25解答參見圖3-18，p83,p86,p92t=0時(shí)，A和B開始發(fā)送數(shù)據(jù)t=225比特時(shí)間，A和B都檢測到碰撞t=225+