四拘哨、以太網(wǎng)

4.1 概述

• DIX Ehternet V2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約

• IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)
  DIX Ehternet V2標(biāo)準(zhǔn)與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別褐筛，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱為“以太網(wǎng)”临谱。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)指符合DIX Ehternet V2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)套利。

• 以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層
  為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)推励，802委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成了兩個(gè)子層：
  1、邏輯鏈路控制LLC（Logical Link Control）子層
  2肉迫、媒體接入控制MAC（Medium Access Control）子層
  與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層验辞，而LLC子層則與傳輸媒體無(wú)關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來(lái)說(shuō)都是透明的喊衫。由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIX Ehternet V2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)跌造，因此現(xiàn)在802委員會(huì)制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒(méi)有LLC協(xié)議族购。

• 以太網(wǎng)提供的服務(wù)
  以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付壳贪，即盡最大努力的交付。當(dāng)接收站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀寝杖，其他什么也不做违施。差錯(cuò)的糾正由高層來(lái)決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳瑟幕，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀磕蒲，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來(lái)發(fā)送。

4.2 拓?fù)?/h2>

• 星型拓?fù)?br> 傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜只盹，后來(lái)演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜辣往，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。不用電纜而使用無(wú)屏蔽雙絞線殖卑。每個(gè)站需要用兩對(duì)雙絞線站削，分別用于發(fā)送和接收。這種以太網(wǎng)采用星型拓?fù)浞趸谛切偷闹行膭t增加了一種可靠性非常高的設(shè)備许起，叫做集線器。

• 集線器的一些特點(diǎn)
  集線器是使用電子期間來(lái)模擬實(shí)際電纜線的工作肛冶，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)行街氢。集線器使用了大規(guī)模繼承電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了睦袖。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)議荣刑，并共享邏輯上的總線馅笙。集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器伦乔，工作在物理層。
  

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4.3 信道利用率

• 以太網(wǎng)的信道被占用的情況
  爭(zhēng)用期長(zhǎng)度為2τ董习，即端到端傳播時(shí)延的兩倍烈和。檢測(cè)到碰撞后不發(fā)送干擾信號(hào)。幀長(zhǎng)為L（bit）皿淋，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C（b/s）招刹，因而幀的發(fā)送時(shí)間為L/C=T0(s)。一個(gè)幀從開(kāi)始發(fā)送窝趣，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后疯暑，將再重傳次數(shù)，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑（即再經(jīng)過(guò)時(shí)間τ使得信道上無(wú)信號(hào)在傳播）時(shí)為止哑舒，是發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間妇拯。
  

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• 信道利用率：參數(shù)a

  • 要提供以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小τ與T0之比洗鸵。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù)a越锈，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延τ與幀的發(fā)送時(shí)間T0之比：a = τ/T0
  • a趨向于0表示一發(fā)生碰撞就能檢測(cè)出來(lái)，并立即停止發(fā)送膘滨，因而信道利用率很高甘凭。
  • a越大，標(biāo)明爭(zhēng)用期所占的比例增大火邓，每發(fā)生一次碰撞就浪費(fèi)許多信道資源丹弱，使得信道利用率明顯降低。
  • 對(duì)以太網(wǎng)參數(shù)的要求
    1贡翘、當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時(shí)蹈矮，以太網(wǎng)的連線的長(zhǎng)度收到限制，否則τ的數(shù)值會(huì)太大
    2鸣驱、以太網(wǎng)的幀長(zhǎng)不能太短泛鸟，否則T0的值會(huì)太小，使a值太大踊东。
  • 信道利用率的最大值
    1北滥、在理想化情況下，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闸翅，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法）再芋，即總線一旦空閑就有某一個(gè)站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。
    2坚冀、發(fā)送一幀占用線路的時(shí)間是T0+τ济赎，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：Smax = T0/(T0 + τ) = 1/(1+a)。

4.4 MAC層

• MAC層的硬件地址（MAC地址）
  在局域網(wǎng)中司训，硬件地址又稱物理地址构捡，或MAC地址。802標(biāo)準(zhǔn)所說(shuō)的“地址”嚴(yán)格來(lái)講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字”或標(biāo)識(shí)符壳猜。但鑒于大家都早已習(xí)慣將這種48位“名字”稱為“地址”勾徽，所以本書(shū)也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說(shuō)法并不太嚴(yán)格统扳。
  1喘帚、IEEE的注冊(cè)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）
  2、地址字段中的后三個(gè)字節(jié)（即低24位）由廠家自行指派咒钟，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符吹由，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒(méi)有重復(fù)地址。
  3盯腌、一個(gè)地址塊可以生成2^24個(gè)不同的地址溉知。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48腕够。
  4级乍、“MAC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48

• 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)往本站的幀則收下帚湘，然后再進(jìn)行其他的處理玫荣，否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他處理大诸。
  • 發(fā)往本站的幀包括一下三種幀：?jiǎn)尾ィ?code>unicast）幀（一對(duì)一）捅厂、廣播（broadcast）幀（一對(duì)全體）、多播（multicast）幀（一對(duì)多）资柔。

• MAC幀格式
  常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIX Ethernet V2標(biāo)準(zhǔn)和IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)焙贷。最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。
  

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• 無(wú)效的MAC幀

  • 幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)字節(jié)贿堰；
  • 用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯(cuò)辙芍；
  • 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在46~1500字節(jié)之間；
  • 有效的MAC幀長(zhǎng)度為64~1518字節(jié)之間羹与；對(duì)于檢查出的無(wú)效MAC幀就簡(jiǎn)單丟棄故硅，以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。

• 幀間最小間隔
  幀間最小間隔為9.6μs纵搁，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間吃衅。一個(gè)站在檢測(cè)到總線開(kāi)始空閑后，還要等待9.6μs才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)腾誉。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來(lái)得及清理徘层，做好接收下一幀的準(zhǔn)備峻呕。

五、擴(kuò)展以太網(wǎng)

5.1 在物理層擴(kuò)展

• 主機(jī)使用光纖和一對(duì)光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器惑灵，這樣距離就可以擴(kuò)展到幾公里了山上。
• 用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)
  1眼耀、使原來(lái)屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信英支。
  2、擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍哮伟。
  3干花、使得網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)數(shù)量增加，但是效率低楞黄。
• 用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)的缺點(diǎn)
  1池凄、碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高
  2鬼廓、如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率肿仑，那么就不能用集線器將它們互聯(lián)起來(lái)。

5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展

在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋碎税。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層尤慰，它根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過(guò)濾的功能雷蹂。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)伟端，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址匪煌，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口责蝠。而網(wǎng)橋就是交換機(jī)的前身。用交換機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)是全雙工的萎庭。

5.3 優(yōu)化以太網(wǎng)

最開(kāi)始是集線器霜医，之后是網(wǎng)橋，而現(xiàn)在是使用交換機(jī)驳规。交換機(jī)基本不會(huì)產(chǎn)生沖突肴敛，端口帶寬是獨(dú)享的，而且較為安全达舒，基于MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)值朋，能夠?qū)W習(xí)MAC地址表。

六巩搏、高速以太網(wǎng)

6.1 100BASE-T以太網(wǎng)

速率達(dá)到或超過(guò)100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)昨登，在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號(hào)的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD協(xié)議贯底。100BASE-T以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）丰辣。

• 100BASE-T以太網(wǎng)的物理層
  • 100BASE-TX：使用兩對(duì)UTP 5類線或屏蔽雙絞線STP
  • 100BASE-FX：使用兩對(duì)光纖
  • 100BASE-T4：使用四對(duì)UTP 3類線或5類線撒强。

6.2 100BASE-T特點(diǎn)

可以在全雙工方式下工作而無(wú)沖突發(fā)生。因此笙什，不使用CSMA/CD協(xié)議飘哨。MAC幀格式仍然是802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。保持最短幀長(zhǎng)不變琐凭，但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長(zhǎng)度減小到100m芽隆。幀間時(shí)間間隔從原來(lái)的9.6μs改為現(xiàn)在的0.96μs。

6.3 吉比特以太網(wǎng)

允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式下工作统屈。使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式胚吁。在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議（全雙工不使用）。與10BASE-T和100BASE-T技術(shù)向后兼容愁憔。當(dāng)吉比特以太網(wǎng)工作在全雙工方式時(shí)腕扶，不使用載波延伸和分組突發(fā)。

6.4 吉比特以太網(wǎng)的物理層

• 1000BASE-X基于光纖通道的物理層

• 1000BASE-SX：SX表示短波長(zhǎng)吨掌，傳輸距離275或550m

• 1000BASE-LX：LX表示長(zhǎng)波長(zhǎng)半抱，傳輸距離550或5000m

• 1000BASE-CX：CX表示銅線，傳輸距離25m

• 1000BASE-T
  使用四對(duì)5類線UTP

6.5 Cisco 建網(wǎng)三層模型

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