第十二章以太網

1、第十二章以太網引言 當今最常用的LAN 出現于20世紀70年代末，由數據設備公司（DEC）、英特爾公司和美國施樂公司提出 20世紀80年代初，成為IEEEE802.3標準 采用共享介質進行網絡訪問 介質共享機制是CSMA/CD，隨機訪問 隨負載增加，有效帶寬急劇減少 最大的成功在于實現簡單 1995年快速以太網、1998年千兆以太網、2002年10G以太網LAN協(xié)議的一般特性 標準拓撲和共享介質 用簡單和廉價的網絡連接微型計算機 使用共享數據傳輸介質 不考慮連接廣域網LAN協(xié)議的一般特性 ALOHA 20世紀70年代末，夏威夷大學 帶寬40KHz，載波頻率400MHz 隨后，有線LAN，Rob

2、ert MetcalfeShared mediumLAN協(xié)議的一般特性 環(huán)網 令牌環(huán)、FDDIShared mediumLAN協(xié)議的一般特性 簡單的拓撲結構，確保方便實用共享介質 使用共享介質簡化了網絡節(jié)點的操作 沒有轉接節(jié)點 沒有流量控制和擁塞控制 缺點是延拓性差 共享介質的利用率超過一定閾值，隊列長度非線性增加 閾值：ALOHA 18%、以太網30%、令牌環(huán)和FDDI 60%70%（受控接入）LAN的協(xié)議棧 LAN技術僅涉及物理層和數據鏈路層 LAN節(jié)點要支持其它層，以便和其它節(jié)點和網絡（比如WAN）通信 數據鏈路層分為兩個子層 邏輯鏈路控制（LLC） 介質訪問控制（MAC） LAN的差別

3、在介質訪問控制子層Application layerOSI reference modelLAN protocolsPresentation layerSession layerTransport layerNetwork layerData-link layerPhysical layerData-link layerPhysical layerFig. 12.3. Correspondence of LAN protocols to the OSI model layersLAN的協(xié)議棧 MAC子層 訪問共享介質 傳輸幀 兩種訪問方式 隨機訪問 受控訪問LAN的協(xié)議棧 隨機訪問 沒有仲裁節(jié)

4、點，分散控制 沖突的概率大 減少沖突的方法 分槽ALOHA，性能提高一倍達36% 載波監(jiān)聽（Carrier Sensing），只能用在有線介質 沖突檢測（Collision Detecting） 不能保證訪問時間（在規(guī)定時間內開始發(fā)送） 不能提供區(qū)別的服務質量LAN的協(xié)議棧 受控訪問 兩種方法 令牌 輪詢 網絡中有特殊的節(jié)點，仲裁者或監(jiān)控節(jié)點 特定特殊節(jié)點是網絡的關鍵點（HDLC） 可以由一般節(jié)點選舉產生（令牌環(huán)等） 高負載是更有效 能提供服務的優(yōu)先級LAN的協(xié)議棧 MAC發(fā)送幀 發(fā)送幀的各個階段 幀格式化，填個字段信息 幀傳輸到介質，發(fā)送到物理層 幀接收，其它節(jié)點接受幀，比較目的地址，接收到

5、本節(jié)點的幀，丟棄其它幀 半雙工方式傳輸幀LAN的協(xié)議棧 LLC子層 建立與網絡層的接口 按預定的可靠性級別確保幀傳輸 LLC1數據報模式 LLC2具有出錯和幀丟失恢復功能的面向連接服務 LLC3帶發(fā)送確認的無連接服務 多路復用IPXIPNetBIOSLLCMACPhysical layerFig. 12.4. Demultiplexing of frames by the LLC protocolDestination serviceaccess point(DSAP)Source serviceaccess point(SSAP)Control fieldDataFig. 12.5. LLC

6、 frame formatIEEE802.X 1980年IEEE成立IEEE802委員會 IEEE802.1網絡互連標準，關于LAN的通用定義和IEEE802模型與OSI模型的關系 802.1D透明網橋 802.1Q關于VLAN 802.1p關于QOS LLC是唯一的邏輯鏈路控制層 MAC標準 以太網802.3、令牌總線802.4、令牌環(huán)802.5 無線局域網802.11 LLCData-linklayerPhysicallayerCommon LAN definitions, relation to the ISO/OSI model,bridging, QoS802.1802.2Logic

7、al procedures of frame transmissionand relation to the network layerand relation to the network layerMAC802.3802.5802.11Wireless LANEthernet CSMA/CD10Base-5, 2, T, F100Base-TX, FX1000Base-T, SX, LX10 GigabitToken RingShielded twistedpair (STP)4 Mbps16 MbpsFHSS 1MbpsDSSS 1MbpsDSSS 11 MbpsOFDMFig. 12.

8、6. Structure of IEEE 802.x standardsCSMA/CD MAC地址，6字節(jié) IEEE負責分配CSMA/CD 介質訪問和數據傳輸 多路訪問（Multiple Access） 載波監(jiān)聽（Carrier Sense） 前同步碼（preamble，7個0 xAA） 幀起始字節(jié)（stat of frame，80 xAB ）Technological pauseCollision(jam)RandompauseCommonbusNode 1Node 2Node 3TransmissionTransmissionTransmissionTransmissionCarrier

9、senseWaitingWaiting123119,6 ttttTransmissionTransmissionFig. 12.7. CSMA/CD random medium access methodCSMA/CD 沖突 多個站點同時檢測到介質空閑，開始發(fā)送 發(fā)送的同時，接收字節(jié)的數據并檢查 沖突增強，阻塞序列（jam sequence） 等待，截斷二進制指數退避（truncated binary exponential backoff）,052.4ms 最多重傳16次 介質利用率不能超過30%Node 1Node 3The medium is free,and node 3 starts

10、the transmissionNode 3 detectsthe collisionSignaljammingCollision propagatesto node 1Fig. 12.8. Collision origination and propagationCSMA/CD 路徑延遲值和沖突檢測 如果沒有檢測到沖突，就要靠高層協(xié)議重傳，效率低（秒級），而沖突檢測重傳是微妙級的 必須滿足Tmin PDVTmin 傳輸最小長度幀的時間PDV路徑延遲 以太網最小幀長64字節(jié)，加上前導碼共72字節(jié)，PDV必須小于57.5us 粗同軸電纜6635米，考慮到衰減的其它因素規(guī)定為500米 如果使用中繼

11、器，可以連接5個網段，共2500米 隨數度增加，距離縮短。100M 210米，1000M 25米（如果不增加最小分組長度）以太網的幀格式 四種幀格式 以太網DIX/以太網II 802.3/LLC（802.3/802.2，或Novell802.2） 原始802.3/Novell802.3 以太網SNAP現在的軟硬件可以自動識別不同的幀格式802.3/LLC frameRaw 802.3/Novell 802.3 frameEthernet DIX (II) frameEthernet SNAP frame66666666222211111(2)1461497 (1496)461492461500

12、4615004444DADADADASASASASALLLTTDSAPDSAPSSAPSSAPControlControlDataDataDataDataFCSFCSFCSFCSLLC headerLLC header32OUISNAPheaderAAAA03000000Fig. 12.9. Ethernet frame formats以太網的性能 吞吐量，評估設備（網橋、路由器、交換機等）的性能 以最小幀測試，最大為14880fps 有效帶寬，傳輸的最大用戶數據量 以最長幀測試，92.9Mb/s57.5 secT = 67.1sec9.6 sec1246482以太網物理介質 10BASE-5

13、粗纜50-OhmterminatorTransceiverNetworkadapterDB-15 connector AUI cableComputerRepeaterRepeaterunitUnloadedsegmentRG8 or RG11 cableCollisiondetectorOutputcontrol(local)DEDEDEDEDataControlDataPowerGroundControlControl from adapterTransmitterReceiverAUI cableFig. 12.12. Structural design of a transceiver

14、以太網物理介質 10BASE-2細纜RG58C/U CableBNCT-connectorUp to 185 m50-OhmTerminator以太網物理介質 10BASE-T非屏蔽雙絞線 引入了集線器（HUB）10Base-T concentratorStationRJ-45jackCategory 3twisted pair 100 mLengthRxTxT RTRx xNetworkadapterT Rx xRxTxTxRxx x Fig. 12.14. 10Base-T standard network: TX is the transmitter, and RX is the receiverConcentrator 1(hub)Concentrator 2Concentrator 3Concentrator 410Base-FL10Base-FB10Base-T10Base-T10Base-TABCThe entire network represents one collisi