第5章以太局域網(wǎng)

1、第第5章章 以太網(wǎng)以太網(wǎng)5.1 概述概述5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)5.3 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC協(xié)議協(xié)議5.4 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀格式幀格式5.6 以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)物理層5.7 小結(jié)與參考資料小結(jié)與參考資料5.1 概述歷史概述歷史 以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展n以太網(wǎng)的誕生：以太網(wǎng)的誕生：1973年，年，Xerox/PARCnMetcalf命名為命名為Ethernet并于并于1977年獲專利年獲專利n產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展快速推動(dòng)了以太網(wǎng)的進(jìn)步產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展快速推動(dòng)了以太網(wǎng)的進(jìn)步n10Mbps：1981年，從粗纜、細(xì)纜，到雙絞線產(chǎn)品

2、年，從粗纜、細(xì)纜，到雙絞線產(chǎn)品n100Mbps：1995年，包括雙絞線、短距離光纖產(chǎn)品年，包括雙絞線、短距離光纖產(chǎn)品n1Gbps：1998年，包括中短距離光纖、雙絞線產(chǎn)品年，包括中短距離光纖、雙絞線產(chǎn)品n10Gbps：2002年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品n以太接入網(wǎng)：以太接入網(wǎng)：2004年，供電信運(yùn)營商采用年，供電信運(yùn)營商采用n以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò)n采用開放性標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)成為主流的根本原因采用開放性標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)成為主流的根本原因5.1 概述今日概述今日 今日以太網(wǎng)今日以太網(wǎng)n以太網(wǎng)是當(dāng)前局域網(wǎng)的主流技術(shù)以太網(wǎng)是當(dāng)前局域網(wǎng)的

3、主流技術(shù)n在辦公網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域幾乎一統(tǒng)天下在辦公網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域幾乎一統(tǒng)天下n成為局域網(wǎng)鏈路級(jí)的主導(dǎo)技術(shù)成為局域網(wǎng)鏈路級(jí)的主導(dǎo)技術(shù)n以太網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的覆蓋以太網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的覆蓋n速率：速率：10M/100M/1G/10G/n網(wǎng)絡(luò)類型：網(wǎng)絡(luò)類型：LAN/WAN/AN，MAN，n正在進(jìn)入家庭和工業(yè)領(lǐng)域正在進(jìn)入家庭和工業(yè)領(lǐng)域5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展n早期標(biāo)準(zhǔn)早期標(biāo)準(zhǔn)nDEC/Intel/Xerox標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威nDIX Ethernet： v1.0-1980、v2.0-1982n當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)nIEEE std 802.3 198

4、5：權(quán)威但不靈活：權(quán)威但不靈活nIEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)草案：標(biāo)準(zhǔn)草案：1982年年12月月nXerox專利轉(zhuǎn)移專利轉(zhuǎn)移IEEE，802.3成為以太網(wǎng)的同義詞成為以太網(wǎng)的同義詞nIEEE std 802.3 2002：權(quán)威、靈活、簡(jiǎn)約：權(quán)威、靈活、簡(jiǎn)約nIEEE std 802.3 2005：最新標(biāo)準(zhǔn)：最新標(biāo)準(zhǔn)5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3 - 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)系列現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)系列nIEEE 802.3 - 2002nCSMA/CD Access Method and Physical Layer SpecificationsnIEEE 802.3ae - 2002n10

5、 Gb/s OperationnIEEE 802.3af 2003，PoEnDTE Power via MDInIEEE P802.3ah 2004，EFMnSubscriber access networksnIEEE 802.3ai - 2003nMaintenance 7nIEEE P802.3ak - 2004n10GBASE-CX45.3 CSMA/CD協(xié)議協(xié)議n5.3.1 共享信道的訪問協(xié)議共享信道的訪問協(xié)議n5.3.2 CSMA協(xié)議族協(xié)議族n5.2.4 802.3中的中的CSMA/CDn5.3.3 CSMA/CD協(xié)議協(xié)議n5.3.4 以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享5.3

6、.1 共享信道的訪問協(xié)議共享信道的訪問協(xié)議n對(duì)于使用共享信道的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于使用共享信道的網(wǎng)絡(luò)n必須使用必須使用MAC協(xié)議，提供介質(zhì)訪問的控制機(jī)制協(xié)議，提供介質(zhì)訪問的控制機(jī)制n典型的典型的MAC機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭(zhēng)用機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭(zhēng)用n輪轉(zhuǎn)：重載性能好輪轉(zhuǎn)：重載性能好n典型協(xié)議：令牌環(huán)典型協(xié)議：令牌環(huán)n預(yù)約：如申請(qǐng)式預(yù)約，一般為集中式控制方式預(yù)約：如申請(qǐng)式預(yù)約，一般為集中式控制方式典型協(xié)議：典型協(xié)議：802.16中輪詢方式下的申請(qǐng)式預(yù)約中輪詢方式下的申請(qǐng)式預(yù)約n爭(zhēng)用：通常采用分布式控制方式爭(zhēng)用：通常采用分布式控制方式n負(fù)載不重時(shí)時(shí)延短負(fù)載不重時(shí)時(shí)延短n典型協(xié)議是典型協(xié)議是CSMA系列系列5.3.

7、1 共享信道的訪問協(xié)議共享信道的訪問協(xié)議n爭(zhēng)用型訪問協(xié)議分為三個(gè)基本類型爭(zhēng)用型訪問協(xié)議分為三個(gè)基本類型nLAT: Listen After Talkingn說了再聽說了再聽，典型協(xié)議：，典型協(xié)議： ALOHAnLBT: Listen Before Talkingn先聽后說先聽后說，典型協(xié)議，典型協(xié)議/CSMAnLWT: Listen While Talkingn邊說邊聽邊說邊聽，典型協(xié)議：，典型協(xié)議：CSMA/CDn以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC層使用層使用CSMA/CD協(xié)議協(xié)議5.3.2 CSMA協(xié)議協(xié)議n5.3.2.1 基本思路基本思路n5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略n5.3.2.3 沖

8、突避免性能沖突避免性能n5.3.2.4 協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路n5.3.2.5 沖突檢測(cè)沖突檢測(cè)n5.3.2.6 MAC算法小結(jié)算法小結(jié)5.3.2.1 基本思路基本思路nCSMA：載波偵聽多路訪問：載波偵聽多路訪問ncarrier sense multiple accessn基本思路：先聽后發(fā)基本思路：先聽后發(fā)n站點(diǎn)發(fā)送前對(duì)信道進(jìn)行偵聽站點(diǎn)發(fā)送前對(duì)信道進(jìn)行偵聽n如果信道空閑：可以發(fā)送如果信道空閑：可以發(fā)送n否則，信道忙：等待否則，信道忙：等待n注意：采用注意：采用CSMA存在沖突存在沖突采用采用CSMA依然存在沖突依然存在沖突n傳播時(shí)延可能導(dǎo)致產(chǎn)生沖突傳播時(shí)延可能導(dǎo)致產(chǎn)生沖突n假設(shè)假設(shè)A站的

9、信號(hào)正在網(wǎng)絡(luò)上傳播站的信號(hào)正在網(wǎng)絡(luò)上傳播nA站信號(hào)還未到站信號(hào)還未到E站，站，E站認(rèn)為信道閑，啟動(dòng)發(fā)送站認(rèn)為信道閑，啟動(dòng)發(fā)送n結(jié)果結(jié)果A、E站發(fā)送的信號(hào)在網(wǎng)上沖突站發(fā)送的信號(hào)在網(wǎng)上沖突E站在時(shí)刻站在時(shí)刻t檢測(cè)信道閑，檢測(cè)信道閑，啟動(dòng)發(fā)送啟動(dòng)發(fā)送A站站B站站C站站D站站 E站站A站發(fā)送幀在時(shí)刻站發(fā)送幀在時(shí)刻t傳播到傳播到B站站兩幀在時(shí)刻兩幀在時(shí)刻t+ t碰撞碰撞5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略nCSMA協(xié)議避免沖突可采用三種策略協(xié)議避免沖突可采用三種策略n0堅(jiān)持堅(jiān)持n1堅(jiān)持堅(jiān)持nP堅(jiān)持堅(jiān)持5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略n0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA算法（非堅(jiān)持）算法（非堅(jiān)持）n站點(diǎn)希望發(fā)

10、送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽；站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽；n如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送；如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送；n否則：信道忙則隨機(jī)后退，后退時(shí)間到則重新開始信道否則：信道忙則隨機(jī)后退，后退時(shí)間到則重新開始信道偵聽。偵聽。n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA算法算法n站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽；站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽；n如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送；如果：信道空閑則立即啟動(dòng)發(fā)送；n否則：信道忙則持續(xù)偵聽，一旦信道由忙變閑則立即啟否則：信道忙則持續(xù)偵聽，一旦信道由忙變閑則立即啟動(dòng)發(fā)送動(dòng)發(fā)送。5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略np堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA算法算法n站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行

11、偵聽；站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)，則對(duì)信道進(jìn)行偵聽；n當(dāng)信道空閑時(shí)：當(dāng)信道空閑時(shí)：n重復(fù)：以概率重復(fù)：以概率p在當(dāng)前時(shí)隙發(fā)送，以概率在當(dāng)前時(shí)隙發(fā)送，以概率1-p推遲到推遲到下一時(shí)隙下一時(shí)隙n直到：發(fā)送成功直到：發(fā)送成功n否則信道忙：否則信道忙： n隨機(jī)后退；待后退時(shí)間到，重新開始信道偵聽。隨機(jī)后退；待后退時(shí)間到，重新開始信道偵聽。5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略 三種策略的算法比較三種策略的算法比較n0堅(jiān)持和堅(jiān)持和1堅(jiān)持：算法框架較為相似堅(jiān)持：算法框架較為相似n若初次偵聽信道為空時(shí)，都是立即啟動(dòng)發(fā)送若初次偵聽信道為空時(shí)，都是立即啟動(dòng)發(fā)送n若初次偵聽信道為忙則二者的處理策略完全相反若初次偵聽信道為忙

12、則二者的處理策略完全相反n0堅(jiān)持算法隨機(jī)后退以避免沖突堅(jiān)持算法隨機(jī)后退以避免沖突n1堅(jiān)持則持續(xù)監(jiān)聽信道，一旦信道變空則立即啟動(dòng)發(fā)送堅(jiān)持則持續(xù)監(jiān)聽信道，一旦信道變空則立即啟動(dòng)發(fā)送np堅(jiān)持算法：處理策略則較為特別堅(jiān)持算法：處理策略則較為特別n信道的初始狀態(tài)即使是空閑，仍以概率信道的初始狀態(tài)即使是空閑，仍以概率p發(fā)送而以概發(fā)送而以概率率1-p后退后退n若信道持續(xù)空閑，若信道持續(xù)空閑，p堅(jiān)持會(huì)重復(fù)上述的發(fā)送或后退過程堅(jiān)持會(huì)重復(fù)上述的發(fā)送或后退過程n若信道的初始狀態(tài)為忙：隨機(jī)后退避免沖突若信道的初始狀態(tài)為忙：隨機(jī)后退避免沖突n此時(shí)的處理策略：此時(shí)的處理策略：p堅(jiān)持與堅(jiān)持與0堅(jiān)持相同堅(jiān)持相同5.3.2.2

13、 沖突避免策略沖突避免策略算法分析算法分析n0堅(jiān)持策略堅(jiān)持策略n在關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)盡量降低了沖突的概率在關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)盡量降低了沖突的概率n信道重載時(shí)沖突也不會(huì)太高，信道吞吐率最終可能達(dá)到信道重載時(shí)沖突也不會(huì)太高，信道吞吐率最終可能達(dá)到較較高值高值n低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間過多、利用率低，訪問時(shí)延較大低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間過多、利用率低，訪問時(shí)延較大n算法簡(jiǎn)單，在重負(fù)載情況下的性能也還不錯(cuò)算法簡(jiǎn)單，在重負(fù)載情況下的性能也還不錯(cuò)n1堅(jiān)持策略堅(jiān)持策略n輕載時(shí)性能不錯(cuò)，但在重載時(shí)沖突急劇增加輕載時(shí)性能不錯(cuò)，但在重載時(shí)沖突急劇增加n輕載時(shí)：減少信道空閑時(shí)間、提高傳輸效率、訪問時(shí)延較小輕載時(shí)：減少信道空閑時(shí)間、提高傳輸效率

14、、訪問時(shí)延較小n重載時(shí)：再次沖突幾率大，沖突嚴(yán)重重載時(shí)：再次沖突幾率大，沖突嚴(yán)重n如不采取有力措施處理沖突，如不采取有力措施處理沖突，1堅(jiān)持算法很難投入實(shí)用堅(jiān)持算法很難投入實(shí)用n以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC協(xié)議：有名的協(xié)議：有名的CSMA/CD協(xié)議協(xié)議n基于基于1堅(jiān)持算法，增加了沖突的監(jiān)測(cè)與退避機(jī)制堅(jiān)持算法，增加了沖突的監(jiān)測(cè)與退避機(jī)制5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略算法分析算法分析np堅(jiān)持策略堅(jiān)持策略n可根據(jù)負(fù)載不同選取不同的可根據(jù)負(fù)載不同選取不同的p值以優(yōu)化協(xié)議的性能值以優(yōu)化協(xié)議的性能n算法中也有一些令人不解的處理算法中也有一些令人不解的處理n信道即使初始空閑也只能以一個(gè)小概率信道即使初始

15、空閑也只能以一個(gè)小概率p發(fā)送，浪費(fèi)資源發(fā)送，浪費(fèi)資源n隨機(jī)后退是逐個(gè)時(shí)隙以概率隨機(jī)后退是逐個(gè)時(shí)隙以概率p發(fā)送以概率發(fā)送以概率1-p后退，致使實(shí)際的后退，致使實(shí)際的發(fā)送概率依次遞減，后退時(shí)間的最大值趨于無窮發(fā)送概率依次遞減，后退時(shí)間的最大值趨于無窮p, p( 1-p ), p*( 1-p )2, , p*( 1-p )n-1, n算法有利于：簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)、得到優(yōu)秀的理論推導(dǎo)數(shù)據(jù)算法有利于：簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)、得到優(yōu)秀的理論推導(dǎo)數(shù)據(jù)n算法直接使用：存在不少問題算法直接使用：存在不少問題n選取合適選取合適p值甚為困難值甚為困難np堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA協(xié)議的改造協(xié)議的改造n思路一：在信道初始空閑時(shí)立即啟動(dòng)發(fā)送思

16、路一：在信道初始空閑時(shí)立即啟動(dòng)發(fā)送n思路二：在信道忙閑變更點(diǎn)后的一個(gè)區(qū)間中隨機(jī)選擇時(shí)隙啟動(dòng)發(fā)送思路二：在信道忙閑變更點(diǎn)后的一個(gè)區(qū)間中隨機(jī)選擇時(shí)隙啟動(dòng)發(fā)送nWLAN中著名的中著名的CSMA/CA協(xié)議：基于這些思路改進(jìn)的協(xié)議：基于這些思路改進(jìn)的p堅(jiān)持算法堅(jiān)持算法5.3.2.2 沖突避免性能沖突避免性能 三種沖突避免策略的性能比較三種沖突避免策略的性能比較n非堅(jiān)持非堅(jiān)持CSMA：適用于重負(fù)載情況：適用于重負(fù)載情況n避免再次沖突的可能性，重負(fù)載時(shí)吞吐率高。避免再次沖突的可能性，重負(fù)載時(shí)吞吐率高。n但低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間多，利用率低。但低負(fù)載時(shí)信道空閑時(shí)間多，利用率低。n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA：適用于輕負(fù)載

17、情況：適用于輕負(fù)載情況n輕負(fù)載時(shí)，減少信道空閑時(shí)間，提高傳輸效率。輕負(fù)載時(shí)，減少信道空閑時(shí)間，提高傳輸效率。n但再次沖突幾率大，重負(fù)載時(shí)沖突嚴(yán)重。但再次沖突幾率大，重負(fù)載時(shí)沖突嚴(yán)重。nP堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA： 合適的合適的P值選取困難值選取困難n可根據(jù)不同的負(fù)載選取不同的可根據(jù)不同的負(fù)載選取不同的P值，值，n最大程度的提高信道的利用率和提高吞吐率最大程度的提高信道的利用率和提高吞吐率5.3.2.4 協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路nCSMA協(xié)議面臨的問題協(xié)議面臨的問題n發(fā)前先聽，一定程度減少了沖突可能性發(fā)前先聽，一定程度減少了沖突可能性n但是一旦開始發(fā)送，站點(diǎn)就置沖突于不顧但是一旦開始發(fā)送，站點(diǎn)就置沖突于

18、不顧n即使沖突已經(jīng)產(chǎn)生，站點(diǎn)也一直發(fā)送完一幀即使沖突已經(jīng)產(chǎn)生，站點(diǎn)也一直發(fā)送完一幀n此時(shí)，發(fā)送的全是無用信號(hào)，完全是浪費(fèi)資源此時(shí)，發(fā)送的全是無用信號(hào)，完全是浪費(fèi)資源n協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路n站點(diǎn)檢測(cè)沖突，一旦發(fā)現(xiàn)沖突立即停止幀發(fā)送站點(diǎn)檢測(cè)沖突，一旦發(fā)現(xiàn)沖突立即停止幀發(fā)送n這就是：這就是：CSMA/CD5.3.2.5 CSMA/CDn1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD協(xié)議基本思路協(xié)議基本思路n（1）要發(fā)送的站點(diǎn)偵聽信道）要發(fā)送的站點(diǎn)偵聽信道n（2）若信道閑，立即發(fā)送，并在發(fā)送過程中檢測(cè)信道）若信道閑，立即發(fā)送，并在發(fā)送過程中檢測(cè)信道n如果未檢測(cè)到?jīng)_突，則持續(xù)本幀發(fā)送；如果未檢測(cè)到?jīng)_突，則持續(xù)本幀發(fā)送；n

19、若檢測(cè)到?jīng)_突，則終止本次發(fā)送，并發(fā)送一個(gè)加強(qiáng)信號(hào)通告沖若檢測(cè)到?jīng)_突，則終止本次發(fā)送，并發(fā)送一個(gè)加強(qiáng)信號(hào)通告沖突的發(fā)生，隨后進(jìn)入隨機(jī)退避階段，等待下一個(gè)發(fā)送機(jī)會(huì)突的發(fā)生，隨后進(jìn)入隨機(jī)退避階段，等待下一個(gè)發(fā)送機(jī)會(huì)n（3）若信道忙，則一直偵聽信道，直到信道空閑，立）若信道忙，則一直偵聽信道，直到信道空閑，立即啟動(dòng)發(fā)送，并按（即啟動(dòng)發(fā)送，并按（2）進(jìn)行沖突檢測(cè)和處理）進(jìn)行沖突檢測(cè)和處理n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)n一旦沖突發(fā)生，站點(diǎn)立即釋放信道，有效提高信道利一旦沖突發(fā)生，站點(diǎn)立即釋放信道，有效提高信道利用率用率n早期以太網(wǎng)（早期以太網(wǎng)（802.3）都是共享信道網(wǎng)絡(luò)，站點(diǎn)）都是共享信道網(wǎng)絡(luò)，

20、站點(diǎn)采用采用 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD協(xié)議訪問信道協(xié)議訪問信道 ALOHACSMACSMA/CD發(fā)前偵聽發(fā)前偵聽三種策略三種策略0堅(jiān)堅(jiān)持持1堅(jiān)堅(jiān)持持P堅(jiān)堅(jiān)持持發(fā)前偵聽發(fā)前偵聽發(fā)后檢測(cè)發(fā)后檢測(cè) 沖突停發(fā)沖突停發(fā) 輕負(fù)載效率高輕負(fù)載效率高適合重負(fù)載適合重負(fù)載輕載時(shí)效率不高輕載時(shí)效率不高發(fā)前不偵聽發(fā)前不偵聽隨時(shí)發(fā)送隨時(shí)發(fā)送 沖突厲害沖突厲害吞吐率、效率低吞吐率、效率低根據(jù)負(fù)載調(diào)整根據(jù)負(fù)載調(diào)整P值值5.3.2.6 MAC算法小結(jié)算法小結(jié)適合輕負(fù)載適合輕負(fù)載重載時(shí)沖突嚴(yán)重重載時(shí)沖突嚴(yán)重0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA0.5堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA1堅(jiān)持堅(jiān)持Slotted ALOHAPure ALOHA123546G每幀時(shí)試圖

21、發(fā)每幀時(shí)試圖發(fā)送的平均幀數(shù)送的平均幀數(shù)S010.10.5每幀時(shí)的吞吐率每幀時(shí)的吞吐率5.3.2.6 MAC算法小結(jié)算法小結(jié)5.3.3 802.3中的中的MAC協(xié)議協(xié)議n采用采用 1堅(jiān)持堅(jiān)持 CSMA/CD算法算法 nCSMA/CD需要解決一系列的問題需要解決一系列的問題n如何檢測(cè)沖突？如何檢測(cè)沖突？n檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？n如何保證可靠檢測(cè)到?jīng)_突？如何保證可靠檢測(cè)到?jīng)_突？n檢測(cè)到?jīng)_突后如何避免沖突擴(kuò)大化？檢測(cè)到?jīng)_突后如何避免沖突擴(kuò)大化？問題問題1：如何檢測(cè)沖突？：如何檢測(cè)沖突？n由硬件檢測(cè)信號(hào)能量的大小由硬件檢測(cè)信號(hào)能量的大小n當(dāng)沖突產(chǎn)生時(shí)當(dāng)沖突產(chǎn)生時(shí)n混疊的信號(hào)能量增大混疊的信號(hào)能量增

22、大n檢測(cè)電路輸出發(fā)生明顯變化檢測(cè)電路輸出發(fā)生明顯變化n中斷或掃描方式發(fā)現(xiàn)輸出變化，判定沖突中斷或掃描方式發(fā)現(xiàn)輸出變化，判定沖突發(fā)生發(fā)生問題問題2：檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？：檢測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間？n考慮共享考慮共享LAN最遠(yuǎn)的兩站（如圖最遠(yuǎn)的兩站（如圖 AE）n假設(shè)：假設(shè)：AE之間的傳播時(shí)間為之間的傳播時(shí)間為nA、E站發(fā)送的時(shí)間站發(fā)送的時(shí)間nA：t0時(shí)刻發(fā)送：則到達(dá)時(shí)刻發(fā)送：則到達(dá)E： t0 + 時(shí)刻時(shí)刻nE：t0 + -時(shí)發(fā)現(xiàn)信道閑，發(fā)送時(shí)發(fā)現(xiàn)信道閑，發(fā)送nA、E發(fā)送后檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間發(fā)送后檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間nE： nA： +（ -） = 2- 2 可見：沖突檢測(cè)時(shí)間不小于可見：沖突檢測(cè)時(shí)間不小于2 A站站E站站

23、t0t0+ - 問題問題3：如何保證可靠檢測(cè)？：如何保證可靠檢測(cè)？n什么是可靠檢測(cè)？什么是可靠檢測(cè)？n必須在發(fā)送的過程中檢測(cè)到?jīng)_突必須在發(fā)送的過程中檢測(cè)到?jīng)_突n一幀數(shù)據(jù)發(fā)完將停止檢測(cè)一幀數(shù)據(jù)發(fā)完將停止檢測(cè)n如果沖突發(fā)生在發(fā)送結(jié)束后，則檢測(cè)失效如果沖突發(fā)生在發(fā)送結(jié)束后，則檢測(cè)失效n哪怕是極少數(shù)位的沖突也必須檢測(cè)到哪怕是極少數(shù)位的沖突也必須檢測(cè)到n保證可靠檢測(cè)的兩個(gè)措施保證可靠檢測(cè)的兩個(gè)措施n措施措施1：規(guī)定最短幀長(zhǎng)，保證最短幀的發(fā)送時(shí)間不小于：規(guī)定最短幀長(zhǎng)，保證最短幀的發(fā)送時(shí)間不小于2 tf=L/B（幀長(zhǎng)（幀長(zhǎng)/信道速率）信道速率） 2 n措施措施2：檢測(cè)到?jīng)_突后，發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)，使沖突信號(hào)能

24、量足夠：檢測(cè)到?jīng)_突后，發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)，使沖突信號(hào)能量足夠 最短幀長(zhǎng)限制：最短幀長(zhǎng)限制：LB 2 發(fā)送站檢測(cè)到?jīng)_突后發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)發(fā)送站檢測(cè)到?jīng)_突后發(fā)送加強(qiáng)沖突信號(hào)A站站E站站t0t0+ - tf問題問題4：沖突后如何避免沖突擴(kuò)大：沖突后如何避免沖突擴(kuò)大n沖突后采用截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)機(jī)制退避沖突后采用截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)機(jī)制退避n基本思路基本思路n如果首發(fā)沖突，重發(fā)時(shí)等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間如果首發(fā)沖突，重發(fā)時(shí)等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間n再重發(fā)時(shí)仍沖突，則等待的隨機(jī)時(shí)間加倍再重發(fā)時(shí)仍沖突，則等待的隨機(jī)時(shí)間加倍n實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法n第第1次碰撞后，隨機(jī)延遲次碰撞后，隨機(jī)延遲0-1個(gè)時(shí)隙再試個(gè)時(shí)隙再試n第第2次碰

25、撞后，隨機(jī)延遲次碰撞后，隨機(jī)延遲0-3個(gè)時(shí)隙再試個(gè)時(shí)隙再試n第第i次碰撞后，隨機(jī)延遲次碰撞后，隨機(jī)延遲0、12 j -1（任選）個(gè)時(shí)隙再試（任選）個(gè)時(shí)隙再試 （i10，j=i；i10，j=10，i最大為最大為16）n第第16次重試仍碰撞，放棄本次發(fā)送，宣告失敗次重試仍碰撞，放棄本次發(fā)送，宣告失敗可見：共享可見：共享Ethernet很難保證時(shí)延業(yè)務(wù)的質(zhì)量很難保證時(shí)延業(yè)務(wù)的質(zhì)量5.3.3 802.3中的中的MAC協(xié)議要點(diǎn)小結(jié)協(xié)議要點(diǎn)小結(jié)n1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD算法算法n1堅(jiān)持：及時(shí)利用信道空閑傳送，減小時(shí)延堅(jiān)持：及時(shí)利用信道空閑傳送，減小時(shí)延n注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時(shí)，注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時(shí)，1堅(jiān)持算法沖

26、突嚴(yán)重堅(jiān)持算法沖突嚴(yán)重nCD：及時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少?zèng)_突可能性：及時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少?zèng)_突可能性n發(fā)送沖突強(qiáng)化信號(hào)發(fā)送沖突強(qiáng)化信號(hào)n檢測(cè)到?jīng)_突立即發(fā)送一定長(zhǎng)度的沖突強(qiáng)化信號(hào)檢測(cè)到?jīng)_突立即發(fā)送一定長(zhǎng)度的沖突強(qiáng)化信號(hào)n讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測(cè)沖突讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測(cè)沖突n采用指數(shù)隨機(jī)后退法采用指數(shù)隨機(jī)后退法n二進(jìn)制指數(shù)后退：每次沖突、后退時(shí)間均值加倍二進(jìn)制指數(shù)后退：每次沖突、后退時(shí)間均值加倍n減少?zèng)_突再次發(fā)生，在信道高負(fù)荷時(shí)也不易堵塞減少?zèng)_突再次發(fā)生，在信道高負(fù)荷時(shí)也不易堵塞n但有失公平性（可能先爭(zhēng)用后發(fā)出去）但有失公平性（可能先爭(zhēng)用后發(fā)出去）5.3.4 以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)

27、從共享走向獨(dú)享nCSMA/CD的應(yīng)用背景的應(yīng)用背景n共享信道、半雙工傳送共享信道、半雙工傳送n以太網(wǎng)正在從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)正在從共享走向獨(dú)享n以太網(wǎng)中，已經(jīng)廣泛使用交換機(jī)以太網(wǎng)中，已經(jīng)廣泛使用交換機(jī)n交換機(jī)中繼的干線基本都是獨(dú)享鏈路交換機(jī)中繼的干線基本都是獨(dú)享鏈路nCSMA/CD正在（可以說已經(jīng)）失去作用空間正在（可以說已經(jīng)）失去作用空間n今日，以太網(wǎng)的核心價(jià)值不再是今日，以太網(wǎng)的核心價(jià)值不再是CSMA/CD算法算法n而是而是MAC幀和幀和MAC原語兼容，是原語兼容，是以太網(wǎng)的概念以太網(wǎng)的概念！5.4 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)n5.5.1 半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng)n5.5.2 全雙工以太網(wǎng)全

28、雙工以太網(wǎng)n5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控5.5.1 半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng)n半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng)n共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式n共享信道上只允許有一個(gè)發(fā)送，否則沖突共享信道上只允許有一個(gè)發(fā)送，否則沖突n一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送時(shí)不能接收一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送時(shí)不能接收n有時(shí)稱之為有時(shí)稱之為n傳統(tǒng)以太網(wǎng)或傳統(tǒng)以太網(wǎng)或CSMA/CD網(wǎng)網(wǎng)n半雙工以太網(wǎng)的特點(diǎn)半雙工以太網(wǎng)的特點(diǎn)n即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)5.5.2 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)n交換式以太網(wǎng)的干線交換式以太網(wǎng)的干線n交換機(jī)之間鏈路采用獨(dú)享交換機(jī)之間鏈路采用獨(dú)享信道信道n點(diǎn)對(duì)

29、點(diǎn)鏈路，全雙工物理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，全雙工物理介質(zhì)介質(zhì)n雙絞線、光纖雙絞線、光纖n采用兼容的采用兼容的MAC幀格式幀格式n與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)比較與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)比較n大大提高網(wǎng)絡(luò)容量大大提高網(wǎng)絡(luò)容量交換機(jī)交換機(jī)HHHH5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控n全雙工以太網(wǎng)的潛在的問題全雙工以太網(wǎng)的潛在的問題n大大提高容量，同時(shí)也存在丟幀的可能性大大提高容量，同時(shí)也存在丟幀的可能性n例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時(shí)例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時(shí)n交換機(jī)只能分別向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)各站數(shù)據(jù)交換機(jī)只能分別向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)各站數(shù)據(jù)n內(nèi)存空間受限，可能溢出內(nèi)存空間受限，可能溢出n服務(wù)器也可能服務(wù)器也可能n處理能力、內(nèi)存空間受

30、限處理能力、內(nèi)存空間受限n流量控制機(jī)制是避免流量控制機(jī)制是避免 丟棄的最佳辦法丟棄的最佳辦法5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控n基本思想基本思想n反壓機(jī)制：反壓機(jī)制：backpressuren接收端向快的發(fā)送端發(fā)接收端向快的發(fā)送端發(fā)PAUSE幀通知發(fā)送端暫停發(fā)送幀通知發(fā)送端暫停發(fā)送n最初發(fā)布在最初發(fā)布在802.3-1997，目前是標(biāo)準(zhǔn)的選項(xiàng)，目前是標(biāo)準(zhǔn)的選項(xiàng)n協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)n在在MAC與與LLC之間增加之間增加MAC控制子層控制子層nMAC控制子層控制控制子層控制PAUSE幀的收發(fā)幀的收發(fā)LLC子層子層MAC控制子層（可選）控制子層（可選）MAC介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制物理

31、層物理層5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控n用用PAUSE幀實(shí)現(xiàn)流量控制幀實(shí)現(xiàn)流量控制n使用使用PAUSE幀前需要通信雙方的協(xié)商認(rèn)可幀前需要通信雙方的協(xié)商認(rèn)可nPAUSE幀用于交換機(jī)幀用于交換機(jī)/工作站相互控制流量工作站相互控制流量n交換機(jī)側(cè)的實(shí)現(xiàn)交換機(jī)側(cè)的實(shí)現(xiàn)n設(shè)置緩存極限值并可在端口間動(dòng)態(tài)調(diào)配設(shè)置緩存極限值并可在端口間動(dòng)態(tài)調(diào)配n一個(gè)端口的緩存快滿時(shí)則向外發(fā)一個(gè)端口的緩存快滿時(shí)則向外發(fā)PAUSEn工作站的實(shí)現(xiàn)工作站的實(shí)現(xiàn)n工作站的網(wǎng)絡(luò)接口緩存快滿時(shí)向交換機(jī)發(fā)工作站的網(wǎng)絡(luò)接口緩存快滿時(shí)向交換機(jī)發(fā)PAUSE 通常采用互控方式通常采用互控方式5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀格式幀格式

32、n5.5.1 802.3幀格式的演進(jìn)幀格式的演進(jìn)n5.5 2 802.3-1985幀格式幀格式n5.5.3 802.3-2002幀格式幀格式n5.5.4 802.3的幀間間隔的幀間間隔n5.5.5 802.3 MAC參數(shù)表參數(shù)表5.5.1 802.3幀格式的演進(jìn)幀格式的演進(jìn)nMAC幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心n是是802.3標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容nIEEE 802.3-1985n必須配合必須配合LLC使用，遠(yuǎn)不如使用，遠(yuǎn)不如Ethernet實(shí)用實(shí)用nIEEE 802.3-2002n采用采用Ethernet的思路的思路n靈活、實(shí)用、簡(jiǎn)約靈活、實(shí)用、簡(jiǎn)約n802.1q-1

33、998、802.3ac - 1998n幀格式擴(kuò)展：加標(biāo)幀幀格式擴(kuò)展：加標(biāo)幀( Tagged frame )5.5.2 802.3-1985 幀格式幀格式數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：461500 八位組八位組6264DA SAFCSPRSFD17幀長(zhǎng)：幀長(zhǎng)：641518八位組八位組CRC校驗(yàn)范圍校驗(yàn)范圍LenLLC Data填充填充n 必須配合必須配合LLC使用使用n MAC只能封裝只能封裝 LLC Data5.5.2 802.3-1985 幀格式幀格式nPR/SFD：前導(dǎo)符：前導(dǎo)符/幀起始定界符幀起始定界符n幀前位同步與幀同步：幀前位同步與幀同步：7*10101010+ 10101011n由物理層完成

34、由物理層完成nDA/SA：宿：宿/源地址，源地址，2* 6個(gè)八位組個(gè)八位組n宿地址：目的方地址，單播宿地址：目的方地址，單播/組播組播/廣播地址廣播地址n源地址：數(shù)據(jù)源地址，只能是單播地址源地址：數(shù)據(jù)源地址，只能是單播地址nLen：長(zhǎng)度，：長(zhǎng)度，2個(gè)八位組個(gè)八位組n本段之后、本段之后、FCS段之前所有數(shù)據(jù)之長(zhǎng)度和段之前所有數(shù)據(jù)之長(zhǎng)度和nLLCdata：461500個(gè)八位組，只能是個(gè)八位組，只能是LLC PDUnFCS： 幀校驗(yàn)序列，幀校驗(yàn)序列， CRC-32校驗(yàn)碼，校驗(yàn)碼，4個(gè)八位組個(gè)八位組n校驗(yàn)幀定位符之后、校驗(yàn)幀定位符之后、FCS之前的所有數(shù)據(jù)之前的所有數(shù)據(jù)nIEEE 802.3as-20

35、06定義了三種幀格式定義了三種幀格式n基本基本MAC幀格式幀格式n擴(kuò)展擴(kuò)展MAC幀格式（在幀格式（在VLAN中講）中講）n用于加標(biāo)幀，即含用于加標(biāo)幀，即含QTag前綴的幀前綴的幀nMAC 控制幀控制幀n如用于流控的如用于流控的PAUSE幀幀5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式nIEEE 802.3-2002定義了兩種幀格式定義了兩種幀格式n基本基本MAC幀格式幀格式n擴(kuò)展擴(kuò)展MAC幀格式（在幀格式（在VLAN中講）中講）n用于加標(biāo)幀，即含用于加標(biāo)幀，即含QTag前綴的幀前綴的幀n基本基本MAC幀格式幀格式5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式Len/typMAC Client

36、 Data填充填充6264DASA校驗(yàn)校驗(yàn)PR SFD17幀長(zhǎng)度幀長(zhǎng)度：641518八位組八位組校驗(yàn)范圍校驗(yàn)范圍數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：461500八位組八位組5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式n基本基本MAC幀格式幀格式n802.3-2002有重要改動(dòng)有重要改動(dòng)n長(zhǎng)度段長(zhǎng)度段 長(zhǎng)度長(zhǎng)度/類型段類型段nLLC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) MAC客戶數(shù)據(jù)客戶數(shù)據(jù)n幀格式改變的重要意義幀格式改變的重要意義n802.3的的MAC幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù)幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù)n只要在只要在Type字段說明即可字段說明即可nMAC可以無需可以無需LLC，直接為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)！，直接為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)！nIP over

37、Ethernet，IP over 802.3-2002LEN/TYPE字段字段n采用不同的取值區(qū)分采用不同的取值區(qū)分LEN,TYPEn值值1500（0 x05DC）：長(zhǎng)度描述符）：長(zhǎng)度描述符n值值1536（0 x0600）：類型描述符）：類型描述符nType描述符描述符 (16 bits)時(shí)，時(shí)，TYPE就是就是MAC SAP,標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)MAC服務(wù)的上層實(shí)體服務(wù)的上層實(shí)體dMAC sMACLEN/Type MAC Client DataType1: 05DC LLC2: 0800 IP3: 0801 X.754: 0802 NBS5: 0803 ECMA6: 0804 ChaosNet7: 08

38、05 X.258: 0806 ARPIPLLCX.75ECMA12345NBS802.3 MACType=? MAC SAP5.5.4 802.3的幀間間隔的幀間間隔nMAC幀的幀間間隔是傳輸幀的最小間隔幀的幀間間隔是傳輸幀的最小間隔n保證可靠同步定位隨機(jī)發(fā)出的幀保證可靠同步定位隨機(jī)發(fā)出的幀nIEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間間隔為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間間隔為96bit，即，即n9.6s10Mbps, 0.96 s100Mbps, 幀間隙幀間隙前導(dǎo)與幀定位前導(dǎo)與幀定位MAC 幀長(zhǎng)幀長(zhǎng)參數(shù)參數(shù)10Mb/s 100Mb/s 1000Mb/s 10Gb/s時(shí)隙（時(shí)隙（2）512位位51.2 s512位位5.12

39、 s4096位位5.096 s幀間隙幀間隙( s)9.60.960.0960.0096嘗試限制（次）嘗試限制（次）101010后退限制（次）后退限制（次）161616沖突加強(qiáng)（位）沖突加強(qiáng)（位）323232最大幀長(zhǎng)最大幀長(zhǎng)(八位組八位組)1518151815181518最小幀長(zhǎng)最小幀長(zhǎng)(八位組八位組)64646464陣發(fā)限制陣發(fā)限制(八位組八位組) 80005.5.5 802.3 MAC參數(shù)表參數(shù)表5.6 802.3的物理層的物理層n5.6.1 概述概述n5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.5 10Gbps以

40、太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.6 幾個(gè)附加議題幾個(gè)附加議題5.6.1 物理層概述物理層概述n802.3標(biāo)準(zhǔn)在物理配置上很活躍標(biāo)準(zhǔn)在物理配置上很活躍n有利于技術(shù)革新、有力推動(dòng)以太網(wǎng)發(fā)展有利于技術(shù)革新、有力推動(dòng)以太網(wǎng)發(fā)展n理解較為吃力理解較為吃力n802.3物理層的一些特點(diǎn)物理層的一些特點(diǎn)n傳輸速率傳輸速率( bps )急劇提高急劇提高n10M10Gbps：E、FE、GbE、10GbEn物理介質(zhì)日益豐富物理介質(zhì)日益豐富n同軸電纜、雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、市話電纜同軸電纜、雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、市話電纜n現(xiàn)在使用：雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、現(xiàn)在使用：雙絞線、光纖、對(duì)稱屏蔽纜、市話電纜（以太接入市話電纜（

41、以太接入網(wǎng)中使用）網(wǎng)中使用）n編碼、糾錯(cuò)日益復(fù)雜編碼、糾錯(cuò)日益復(fù)雜n物理層框架也很復(fù)雜物理層框架也很復(fù)雜RS5.6.1 物理層概述物理層概述物理層框架結(jié)構(gòu)物理層框架結(jié)構(gòu) MACRS PCS介質(zhì)介質(zhì) PMA PMDPHYGMIIMDI100Mb/s PMA介質(zhì)介質(zhì) PMDMIIMDI10Mb/s PLS介質(zhì)介質(zhì) PMAMDI1、10Mb/sAUIMII 介質(zhì)無關(guān)接口介質(zhì)無關(guān)接口GMII、XGMIIAUI 接駁單元接口接駁單元接口MDI 介質(zhì)相關(guān)接口介質(zhì)相關(guān)接口RS Reconciliation SublayerPCS Physical coding sublayerPMA Physical me

42、dium attachmentPHY Physical layer devicePLS Physical layer signalingPMD Physical medium Dependent5.6.1 物理層概述物理層概述當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)n當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)n適用于：適用于：100Mb/sn兩個(gè)子層兩個(gè)子層nRS：協(xié)調(diào)子層：協(xié)調(diào)子層nPHY：物理層：物理層器件器件nPCS：物理編碼子層：物理編碼子層nPMA：物理介質(zhì)接駁：物理介質(zhì)接駁nPMD：物理介質(zhì)相關(guān)：物理介質(zhì)相關(guān)n兩個(gè)接口兩個(gè)接口nxMII：介質(zhì)無關(guān)接口：介質(zhì)無關(guān)接口nxMII是一個(gè)系列：是一個(gè)系列：MII、G

43、MII、XGMIInMDI：介質(zhì)相關(guān)接口：介質(zhì)相關(guān)接口MACRSxMIIPCSPMAPHYPMDMDI介質(zhì)介質(zhì)5.6.1 物理層概述物理層概述當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)nRS：協(xié)調(diào)子層，：協(xié)調(diào)子層，Reconciliation Sublayern偏重于邏輯功能：協(xié)議、服務(wù)、原語偏重于邏輯功能：協(xié)議、服務(wù)、原語nPHY：物理層器件，：物理層器件，Physical Layer Devicen偏重于物理實(shí)現(xiàn)：電路、引腳、信號(hào)偏重于物理實(shí)現(xiàn)：電路、引腳、信號(hào)n包括部分物理層：包括部分物理層：MDI與與xMII之間的各子層之間的各子層n基本子層：基本子層：PCS、PMA、PMDn在不同規(guī)范中還可以有不

44、同的附加子層在不同規(guī)范中還可以有不同的附加子層n例如：例如：WIS（廣域網(wǎng)）、（廣域網(wǎng)）、AN（自動(dòng)協(xié)商、雙絞線）（自動(dòng)協(xié)商、雙絞線）5.6.1 物理層概述物理層概述當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)當(dāng)前的主流結(jié)構(gòu)n接口：串行口與并行口接口：串行口與并行口nAUI：串行接口：串行接口n當(dāng)初使用曼徹斯特碼：直接串行傳輸當(dāng)初使用曼徹斯特碼：直接串行傳輸nxMII：并行接口：并行接口n后來產(chǎn)生了塊編碼技術(shù)：多位并傳后來產(chǎn)生了塊編碼技術(shù)：多位并傳nMII：寬帶：寬帶4比特，傳輸半八位組（比特，傳輸半八位組（nibble）nGMII：寬帶：寬帶8比特，傳輸八位組（比特，傳輸八位組（octet）nXGMII：寬帶：寬帶32比

45、特，傳輸比特，傳輸4個(gè)八位組個(gè)八位組n可以是：物理接口或邏輯接口可以是：物理接口或邏輯接口5.6.1 物理層概述物理層概述物理層服務(wù)物理層服務(wù)n物理層服務(wù)：典型的無連接模式無確認(rèn)服物理層服務(wù)：典型的無連接模式無確認(rèn)服務(wù)務(wù)n無需建立連接、無需前后數(shù)據(jù)的上下文關(guān)聯(lián)無需建立連接、無需前后數(shù)據(jù)的上下文關(guān)聯(lián)n無需確認(rèn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移是否成功無需確認(rèn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移是否成功n物理層服務(wù)完全匹配以太網(wǎng)提供的服務(wù)模式物理層服務(wù)完全匹配以太網(wǎng)提供的服務(wù)模式n與與IP協(xié)議的需求完全一致協(xié)議的需求完全一致5.6.1 物理層概述物理層概述物理層服務(wù)原語物理層服務(wù)原語n數(shù)據(jù)請(qǐng)求與指示原語數(shù)據(jù)請(qǐng)求與指示原語n請(qǐng)求原語：請(qǐng)求原語：PL

46、S_DATA.requestn指示原語：指示原語：PLS_DATA.indicationn本端本端MAC向鄰接的或向鄰接的或RS實(shí)體發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移實(shí)體發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的請(qǐng)求的請(qǐng)求n本端物理實(shí)體將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的物理實(shí)體本端物理實(shí)體將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的物理實(shí)體n遠(yuǎn)端通過遠(yuǎn)端通過PLS實(shí)體通知實(shí)體通知MAC實(shí)體數(shù)據(jù)的到達(dá)實(shí)體數(shù)據(jù)的到達(dá)5.6.1 物理層概述物理層概述物理層服務(wù)原語物理層服務(wù)原語n狀態(tài)與信號(hào)指示原語狀態(tài)與信號(hào)指示原語n用于本地鄰接的上下層實(shí)體之間的控制和交互用于本地鄰接的上下層實(shí)體之間的控制和交互nPLS_CARRIER.indication，載波指示，載波指示n向向MAC通告載波狀態(tài)的改變

47、通告載波狀態(tài)的改變n告知載波偵聽功能在信道上是否發(fā)現(xiàn)載波告知載波偵聽功能在信道上是否發(fā)現(xiàn)載波nPLS_SIGNAL.indication，信號(hào)指示，信號(hào)指示n向向MAC通告信號(hào)狀態(tài)的改變通告信號(hào)狀態(tài)的改變n告知接收信號(hào)是否產(chǎn)生差錯(cuò)告知接收信號(hào)是否產(chǎn)生差錯(cuò)nPLS_DATA_VALID.indication，數(shù)據(jù)有效指示，數(shù)據(jù)有效指示n向向MAC通告成幀信息通告成幀信息nMAC使用此信息確定完整幀的接收并據(jù)此完成使用此信息確定完整幀的接收并據(jù)此完成CRC校驗(yàn)校驗(yàn)5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10Mbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nManchester編碼編碼 ( 1B2B ), 10Mbps/20

48、Mbaudn10BASE5 802.3 -1985（粗同軸纜）（粗同軸纜）n10BASE2802.3a -1988（細(xì)同軸纜）（細(xì)同軸纜）n10BASE-F 802.3j -1993（光纖）（光纖）n10BASE-FL為主，為主，10BASE-FB/FP并未流行并未流行n10BASE-T 802.3i -1990（雙絞線）（雙絞線）n10BROAD36802.3b -1985n10BASE- FOIRL 802.3d -1987n1BASE5802.3e -1987n目前只使用：目前只使用：10BASE-T5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) 10Mbps以太網(wǎng)的特點(diǎn)以太網(wǎng)的特點(diǎn)n目前只使用目

49、前只使用10BASE-T接口接口n目前常與目前常與100BASE-T/1000BASE-T聯(lián)合使用聯(lián)合使用n雙絞線、集線器的引入是以太網(wǎng)發(fā)展史上的重大事件雙絞線、集線器的引入是以太網(wǎng)發(fā)展史上的重大事件n光纖通信技術(shù)的初步引入光纖通信技術(shù)的初步引入n光纖以太網(wǎng)引入較后，編碼調(diào)制技術(shù)也較為簡(jiǎn)單光纖以太網(wǎng)引入較后，編碼調(diào)制技術(shù)也較為簡(jiǎn)單n編碼技術(shù)：曼徹斯特編碼編碼技術(shù)：曼徹斯特編碼n物理介質(zhì)的可用帶寬很寬，不必追求編碼效率物理介質(zhì)的可用帶寬很寬，不必追求編碼效率n傳輸符號(hào)率為傳輸符號(hào)率為20Mbaud（波特）（波特）nUTP 3的帶寬為的帶寬為16MHzn 注意概念：注意概念：bps, baud,

50、Hz( 帶寬帶寬 )5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n100Mbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n100BASE-TX/T4/FX802.3u -1995n100BASE-TX： 2*UTP-5、MLT-3n100BASE-T4：4*UTP-3/HD、8B6T-NRZn100BASE-FX：n1300nmMMF/2km、4B5B-NRZIn標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：ANSI X3T12、ISO/IEC 9314n100BASE-T2802.3y -1997n2*UTP3/FD、PAM5*5n100Mbps以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)FE5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)nFE物理層標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)物理

51、層標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)n100BASE-T4/100BASE-T2 ：UTP-3n隨著隨著UTP-5布線系統(tǒng)的迅速流行而失去市場(chǎng)布線系統(tǒng)的迅速流行而失去市場(chǎng)nT2技術(shù)十分復(fù)雜、其產(chǎn)品從未流行技術(shù)十分復(fù)雜、其產(chǎn)品從未流行n100BASE-TX： 2對(duì)對(duì)UTP-5(5E)n十分成功，當(dāng)前的主流桌面技術(shù)，技術(shù)思路影響大十分成功，當(dāng)前的主流桌面技術(shù)，技術(shù)思路影響大n當(dāng)前的表現(xiàn)形式：當(dāng)前的表現(xiàn)形式：10/100BASE-T、10/100/1000BASE-Tn100BASE-FX：1310nmMMF/2kmn借用借用FDDI物理層標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)困難物理層標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)困難n效率不高（如效率不高（如1300nmMMF

52、）n單模長(zhǎng)距離無標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品很難互連單模長(zhǎng)距離無標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品很難互連5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-概述概述n1GbpsMDI的歷史標(biāo)準(zhǔn)的歷史標(biāo)準(zhǔn)n802.3z -19981000BASE-X n802.3ab-19991000BASE-TnANSI/TIA 8541000BASE-TX(并無產(chǎn)品并無產(chǎn)品)n標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)n保持以太網(wǎng)的傳統(tǒng)幀格式，可選保持以太網(wǎng)的傳統(tǒng)幀格式，可選jumbo幀幀n通常使用全雙工，但還保留了半雙工通常使用全雙工，但還保留了半雙工5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-MDIn1000BASE-LX802.3z-1998n長(zhǎng)波長(zhǎng)激光長(zhǎng)波長(zhǎng)激光/1310nm

53、8B/10Bn1000BASE-SX 802.3z-1998n短波長(zhǎng)激光短波長(zhǎng)激光/850nm8B/10Bn1000BASE-CX 802.3z-1998n對(duì)稱屏蔽電纜對(duì)稱屏蔽電纜0.1 to 25 m8B/10B，n1000BASE-T 802.3ab-1999n超五類雙絞線（超五類雙絞線（UTP5e）4D-PAM55.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-MDIn10Gbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nIEEE 802.3ae 2002n10GBASE - LX4：運(yùn)行在多模光纖上：運(yùn)行在多模光纖上n10GBASE - SR/LR/ER：園區(qū)網(wǎng)：園區(qū)網(wǎng)n10GBASE - SW/LW/EW：廣域網(wǎng)：廣域

54、網(wǎng)nIEEE P802.3ak-2004n10GBASE - CX4n10GbE體系：只支持全雙工鏈路！體系：只支持全雙工鏈路！5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)體系圖體系圖Logical Link Control (LLC)“Ethernet” Upper LayersMedia Access Control (MAC)Serial WAN PHY(64B/66B + WIS)SerialPMD850 nmWWDMLAN PHY(8B/10B)Serial LAN PHY(64B/66B)SerialPMD1310 nmSerialPMD1550 nmWWDMPMD1310 nmLX4SR

55、LRERSWLWEWSerialPMD850 nmSerialPMD1310 nmSerialPMD1550 nm5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10GbE接口命名規(guī)則：三前綴接口命名規(guī)則：三前綴n介質(zhì)類型介質(zhì)類型nS：短波長(zhǎng)、：短波長(zhǎng)、850nmnL：長(zhǎng)波長(zhǎng)、：長(zhǎng)波長(zhǎng)、1310nmnE：超長(zhǎng)波長(zhǎng)、：超長(zhǎng)波長(zhǎng)、1550nmn編碼方法編碼方法nX：8B/10B編碼，編碼，LAN/PHYnR：64B/66B編碼，編碼，LAN/PHYnW：64B/66B+簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化SDH封裝，封裝，WAN/PHYn波長(zhǎng)數(shù)波長(zhǎng)數(shù)nN：波長(zhǎng)數(shù)，對(duì)：波長(zhǎng)數(shù)，對(duì)WWDM為為4，單波可以省略，單波可以省略“1”n10GB

56、ASE- LX4 = Long wavelength, 8B/10B coding (LAN PHY), 4 wavelengthsn10GBASE-EW = Extra long wavelength, WAN PHY, 1 wavelength (serial）5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10G以太網(wǎng)具有兩個(gè)不同的物理層以太網(wǎng)具有兩個(gè)不同的物理層n局域網(wǎng)物理層局域網(wǎng)物理層n速率速率10Gb/sn支持密集波分支持密集波分WWDMn提供提供850nm、1310nm和和1550nm接口接口n廣域網(wǎng)物理層廣域網(wǎng)物理層n速率速率9.58464Gb/s（需要進(jìn)行速率適配）（需要進(jìn)行速率適配）

57、n提供提供OC-192接口（接口（SONET/SDH)n傳送傳送SONET/SDH幀（幀（SDH幀封裝幀封裝Ethernet MAC幀）幀）5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10GbE光接口：標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離光接口：標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離n注注1：LX4 支持支持 MMF (0-300m)和和SMF (0-10km)n注注2：距離取決于：距離取決于MMF 類型類型( OM3/0M2/OM1 )10GBase-ER10GBase-LW10GBase-LR10GBase-LX410GBase-SW10GBase-SR10GBase-EW65m300m10Km40Km850nm LAN Serial MMF850nm WAN Serial MMF1300nm LAN WWDM MMF11310nm LAN Serial SMF1310nm WAN Serial SMF1550nm LAN Serial SMF1550nm WAN Serial SMF1310nm LAN WWDM SMF15.6.6 附加議題附加議題-以太接入網(wǎng)以太接入網(wǎng)n以太接入網(wǎng)以太接入網(wǎng)nIEEE 802.3ah-2004n又稱第一公里以太網(wǎng)：又稱第一公里以太網(wǎng)：EFMn目的目的n充分利用現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)接入基礎(chǔ)設(shè)施充分利用現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)接入基礎(chǔ)設(shè)施n運(yùn)行在運(yùn)營商的：接入光纖、