【文章內(nèi)容簡介】 以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 ? 以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。 ? 這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率是很小的。 課件制作人：謝希仁 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，即盡最大努力的交付。 ? 當(dāng)目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。 ? 如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當(dāng)作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。 課件制作人：謝希仁 以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用 曼徹斯特 (Manchester)編碼 基帶數(shù)字信號 曼徹斯特編碼 碼元 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 課件制作人：謝希仁 載波監(jiān)聽多點接入 /碰撞檢測 CSMA/CD ? CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 ? “ 多點接入 ”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。 ? “ 載波監(jiān)聽 ”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 ? 總線上并沒有什么“載波”。因此， “載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。 課件制作人：謝希仁 碰撞檢測 ? “碰撞檢測 ”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。 ? 當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。 ? 當(dāng)一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認(rèn)為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。 ? 所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。 課件制作人：謝希仁 檢測到碰撞后 ? 在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。 ? 每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。 課件制作人：謝希仁 電磁波在總線上的 有限傳播速率的影響 ? 當(dāng)某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。 ? A 向 B 發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到 B。 ? B 若在 A 發(fā)送的信息到達 B 之前發(fā)送自己的幀 (因為這時 B 的載波監(jiān)聽檢測不到 A 所發(fā)送的信息 )，則必然要在某個時間和 A 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。 ? 碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。 1 km A B t 碰撞 t = 2? ? ? A 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? ? ? B 發(fā)送數(shù)據(jù) B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? t = 0 單程端到端 傳播時延記為 ? 傳播時延對載波監(jiān)聽的影響 1 km A B t 碰撞 t = ? ? ? B 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù) t = ? ? ? / 2 發(fā)生碰撞 t = 2? ? ? A 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? ? ? B 發(fā)送數(shù)據(jù) B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? A B A B A B t = 0 A 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù) A B t = 0 t = ? B 檢測到發(fā)生碰撞 停止發(fā)送 STOP t = 2? ? ? A 檢測到 發(fā)生碰撞 STOP A B 單程端到端 傳播時延記為 ? 課件制作人：謝希仁 重要特性 ? 使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。 ? 每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 ? 這種 發(fā)送的不確定性 使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。 課件制作人：謝希仁 爭用期 ? 最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間 2? （兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。 ? 以太網(wǎng)的端到端往返時延 2? 稱為 爭用期 ，或 碰撞窗口 。 ? 經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。 課件制作人：謝希仁 二進制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type) ? 發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。 ? 確定基本退避時間，一般是取為爭用期 2?。 ? 定義重傳次數(shù) k ， k ? 10，即 k = Min[重傳次數(shù) , 10] ? 從整數(shù)集合 [0,1,…, (2 k ?1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為 r。重傳所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。 ? 當(dāng)重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。 課件制作人：謝希仁 爭用期的長度 ? 以太網(wǎng)取 ?s 為爭用期的長度。 ? 對于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。 ? 以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前 64 字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。 課件制作人：謝希仁 最短有效幀長 ? 如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 ? 由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 ? 以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為 64 字節(jié)，凡長度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的 無效幀 。 課件制作人：謝希仁 強化碰撞 ? 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時： ? 立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)； ? 再繼續(xù)發(fā)送若干比特的 人為干擾信號 (jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 ? TJ 人為干擾信號 A B TB t ? B 發(fā)送數(shù)據(jù) A 檢測 到?jīng)_突 開始沖突 信 道 占 用 時 間 A 發(fā)送數(shù)據(jù) B 也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出 A 發(fā)送干擾信號的情況。 課件制作人：謝希仁 使用廣播信道的以太網(wǎng) 使用集線器的星形拓?fù)? ? 傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，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)?，在星形的中心則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 兩對雙絞線 站點 RJ45 插頭 課件制作人：謝希仁 星形網(wǎng) 10BASET ? 不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，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。 課件制作人：謝希仁 以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位 ? 10BASET 的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過 100 m。 ? 這種 10 Mb/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。 ? 10BASET 雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，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 集線器的一些特點 ? 集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。 ? 使用集線器的以太網(wǎng)在 邏輯上 仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線。 ? 集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。 課件制作人：謝希仁 具有三個接口的集線器 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)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?，即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。 ? 幀長為 L (bit)， 數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 C (b/s)， 因而幀的發(fā)送時間為 L/C = T0 (s)。 課件制作人：謝希仁 以太網(wǎng)的信道利用率 ? 一個幀從開始發(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)過時間 ? 使得信道上無信號在傳播 )時為止，是發(fā)送一幀所需的平均時間。 發(fā) 送 成 功 爭用期 爭用期 爭用期 τ 2 τ 2 τ 2 T0 τ t 占用期 發(fā)生碰撞 發(fā)送一幀所需的平均時間 … 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)單程端到端時延 ? 與幀的發(fā)送時間 T0 之比： 0Ta??0Ta ??(32) ? 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 對以太網(wǎng)參數(shù)的要求 ? 當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制，否則 ? 的數(shù)值會太大。 ? 以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則 T0 的值會太小，使 a 值太大。 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站立即發(fā)送數(shù)據(jù) 。 ? 發(fā)送一幀占用線路的時間是 T0 + ?， 而幀本身的發(fā)送時間是 T0。 于是我們可計算出 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 aTTS????1100m a x ?(33) 課件制作人：謝希仁 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 。 ? 802 標(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個站的“ 名字 ”或 標(biāo)識符 。 ? 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 注冊管理機構(gòu) RA 負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個字節(jié) (即高位 24 位 )。 ? 地址字段中的后三個字節(jié) (即低位 24 位 )由廠家自行指派，稱為 擴展標(biāo)識符 ，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。 ? 一個地址塊可以生成 224個不同的地址。這種 48