C042使用广播信道的以太网

课件制作人：谢希仁3.4使用广播信道的以太网

3.4.1使用集线器的星形拓扑传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)课件制作人：谢希仁使用集线器的双绞线以太网集线器两对双绞线站点RJ-45插头课件制作人：谢希仁RJ-45连接器RJ-45连接器包括一个插头和一个插孔（或插座）插孔安装在机器上插头和连接导线（如无屏蔽双绞线的5类线）相连只使用4根针脚（1,2,3和6）针脚1发送针脚2发送针脚3接收针脚4不使用针脚5不使用针脚6接收针脚7不使用针脚8不使用课件制作人：谢希仁将5类线电缆与RJ-45插头连接起来课件制作人：谢希仁星形网10BASE-T不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。10Base-T的标准802.3i10Mb/s的数据率Base表示连接线上的信号是基带信号T代表双绞线课件制作人：谢希仁集线器的一些特点10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD

协议，并共享逻辑上的总线。同一时刻至多只允许一个站发送数据集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层，简单转发比特，不进行碰撞检测。

课件制作人：谢希仁具有三个接口的集线器集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线课件制作人：谢希仁以太网在局域网中的统治地位这种10Mb/s速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。课件制作人：谢希仁3.4.2以太网的信道利用率以太网的信道被占用的情况：争用期长度为2，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。帧长为L

(bit)，数据发送速率为C(b/s)，因而帧的发送时间为T0(s)

=L/C

。

课件制作人：谢希仁以太网的信道利用率一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间使得信道上无信号在传播，最后一个比特传送到对端)时为止，是发送一帧所需的平均时间。发送成功争用期争用期争用期τ2τ2τ2T0τt占用期发生碰撞发送一帧所需的平均时间…课件制作人：谢希仁参数a

要提高以太网的信道利用率，就必须减小与T0之比。在以太网中定义了参数a，它是以太网单程端到端时延与帧的发送时间T0之比：(3-2)a→0表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立即停止发送，因而信道利用率很高。

a越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。课件制作人：谢希仁对以太网参数的要求要求的数值要小些，分母T0的数值要大些当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则的数值会太大。以太网的帧长L不能太短，否则T0的值会太小，使a值太大。T0(s)=L/C课件制作人：谢希仁在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是CSMA/CD，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。发送一帧占用线路的时间是T0+，而帧本身的发送时间是T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率Smax为：信道利用率的最大值Smax

(3-3)Smax与连在LAN上的站点数无关课件制作人：谢希仁3.4.3以太网的

MAC

层

1.MAC

层的硬件地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址（固化在适配器的ROM中）。802

标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。名字指出所要找寻的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。但鉴于大家都早已习惯了将这种48位的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。课件制作人：谢希仁48位的MAC地址IEEE的注册管理机构

RA负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位24位)。地址字段中的后三个字节(即低位24位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。一个地址块可以生成224个不同的地址。这种48位地址称为MAC-48，它的通用名称是EUI-48。“MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。课件制作人：谢希仁C:\DocumentsandSettings\Administrator>ipconfig/allWindowsIPConfigurationHostName.............:PC-200407281522PrimaryDnsSuffix........:NodeType..............:UnknownIPRoutingEnabled........:NoWINSProxyEnabled.......:NoEthernetadapter本地连接: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课件制作人：谢希仁适配器检查MAC地址适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址.如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。“发往本站的帧”包括以下三种帧：单播(unicast)帧（一对一）广播(broadcast)帧（一对全体）多播(multicast)帧（一对多）课件制作人：谢希仁2.MAC

帧的格式常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准IEEE的802.3标准最常用的MAC帧是以太网V2的格式。课件制作人：谢希仁以太网MAC帧物理层MAC层1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报MAC帧以太网的MAC

帧格式课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式目的地址字段6字节课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式源地址字段6字节课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式类型字段2字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。当类型字段的值是0X0800时，表示上层使用的是IP数据报课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式数据字段46~1500

字节数据字段的正式名称是MAC

客户数据字段最小长度64字节

18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度

课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式FCS字段4

字节当传输媒体的误码率为1108

时，MAC子层可使未检测到的差错小于11014。当数据字段的长度小于46字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入首部没有帧长度（或数据长度）字段，MAC子层如何知道从接收到的以太网帧中取出多少字节的数据交付给上一层协议？曼彻斯特编码的每一个码元的正中间一定有一次电压的转换发送方发送完一个以太网帧后，就不再发送其他码元了。因此，接受适配器接口上的电压就不再变化了。接收方就可以找到以太帧的结束为止。往前数4个字节，就能确定数据字段的结束为止课件制作人：谢希仁MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入在帧的前面插入的8字节中的第一个字段共7个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC帧。为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节课件制作人：谢希仁数据字段的长度与长度字段的值不一致；帧的长度不是整数个字节；用收到的帧检验序列FCS查出有差错；数据字段的长度不在46~1500字节之间。有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。无效的MAC帧课件制作人：谢希仁帧间最小间隔为9.6s，相当于96bit的发送时间。一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6s才能再次发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。帧间最小间隔课件制作人：谢希仁作业3-03,3-18~3-26课件制作人：谢希仁假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网上。这两个站点之间的传播时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧，并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧，A在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么能否肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞？作业3-24课件制作人：谢希仁作业3-24解答最短的帧：64字节,512比特时间，p85每个以太网帧在发送到信道上时，在MAC帧前面还要增加8字节的前同步码和帧定界符，p92,p93设在t=0时A开始发送在t=(64+8)*8=512+8*8比特时间，A发送完毕t=225比特时间，B就检测出A的信号。只要B在t=224比特时间之前发送数据，A在发送完毕之前就一定检测到碰撞。就能够肯定以后也不会再发生碰撞了。如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么能肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞课件制作人：谢希仁作业3-25在上题中的站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=225比特时间，A和B同时检测到发生了碰撞，并且在t=225+48=273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r值退避。假定A和B选择的随机数分别是rA=0和rB=1。试问A和B各在什么时间开始重传其数据帧？A重传的数据帧在什么时间到达B?A重传的数据会不会和B重传的数据再次发生碰撞？B会不会在预定的重传时间停止发送数据？课件制作人：谢希仁作业3-25解答参见图3-18，p83,p86,p92t=0时，A和B开始发送数据t=225比特时间，A和B都检测到碰撞t=225+