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1、第8讲局域网（2）,知识回顾,局域网拓扑结构CSMA/CD协议二进制退避算法,本讲内容,了解局域网体系结构理解以太网的信道利用率理解MAC地址掌握以太网的帧格式理解在物理层使用集线器扩展以太网的原理,传统以太网的连接方法,传统以太网可使用的传输媒体有四种：铜缆（粗缆或细缆）铜线（双绞线）光缆这样，以太网就有四种不同的物理层。,以太网的最大作用距离,250m,750m,网段1,转发器,网段2,网段3,转发器,转发器,转发器,细缆以太网10BASE2,用更便宜的直径为5mm的细同轴电缆(特性阻抗仍为50W)，可代替粗同轴电缆。将媒体连接单元MAU和媒体相关接口MDI都安装在网卡上，取消了外部的AU
2、I电缆。细缆直接用标准BNCT型接头连接到网卡上的BNC连接器的插口。,使用广播信道的以太网,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),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,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。,以太网在局域网中的统治地位,10BASE-T的通信距
3、离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。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。,集线器的一些特点,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。集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。,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,局域网体系结构,局域
4、网参考模型,以太网.,1990年推出了以双绞线作为传输介质的物理层标准10Base-T。1993年推出了以光纤作为传输介质的物理层标准10Base-F。1995年推出了以双绞线和光纤作为传输介质的FastEthernet标准，数据速率达到了100Mbps。1999年推出了以屏蔽双绞线和光纤作为传输介质的GigabitEthernet标准，数据速率达到了1000Mbps。,以太网的物理层,以太网的物理层主要是对传输介质进行规范。IEEE为同轴电缆、屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）和光纤定义了一套标准。IEEE使用了以下命名标准，它有三个部分：速率：表示每秒兆位的数据速率。信号：表示信
5、道上传输的是基带信号或宽带信号。PHY：表示物理介质的质地，以及早期版本中电缆段的最大长度，四舍五入到最近的100米的倍数。如，10BASE2表示工作在10Mbps，BASE代表采用基带信号，2表示每个网段最长为185米（四舍五入到200米）。,EthernetCabling,ThemostcommonkindsofEthernetcabling.,EthernetCabling(2),ThreekindsofEthernetcabling.(a)10Base5,(b)10Base2,(c)10Base-T.,EthernetCabling(3),Cabletopologies.(a)Line
6、ar,(b)Spine,(c)Tree,(d)Segmented.,EthernetCabling(4),(a)Binaryencoding,(b)Manchesterencoding,(c)DifferentialManchesterencoding.,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L/C=T0(s)。,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)时为止，是
7、发送一帧所需的平均时间。,发送成功,争用期,争用期,争用期,2,2,2,T0,t,占用期,发生碰撞,发送一帧所需的平均时间,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),a0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。,对以太网参数的要求,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。以太网的帧长不能太短，否则T0的值会太小，使a值太大。,在理想化的情况下，以太网上的
8、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),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。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。但鉴于大家都早已习惯了将这种48bit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。,48位的MAC地址,IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地
9、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。,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(mu
10、lticast)帧（一对多）,第1,最高位最先发送,最低位,最高位,最低位最后发送,001101010111101100010010000000000000000000000001,最低位最先发送,最高位,最低位,最高位最后发送,机构惟一标志符OUI,扩展标志符,高位在前,低位在前,十六进制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80,二进制表示的EUI-48地址：,第1字节,第6字节,I/G比特,I/G比特,字节顺序,第2,第3,第4,第5,第6,第1,字节顺序,第2,第3,第4,第5,第6,1010110011011110010010000000000000000000100
11、00000,802.5802.6,802.3802.4,网卡上的硬件地址,路由器,1A-24-F6-54-1B-0E,00-00-A2-A4-2C-02,20-60-8C-C7-75-2A,08-00-20-47-1F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。,两种不同的MAC帧格式,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。,以太网MAC帧,物理层,MAC层,1010101010101010101010101010101011,前同步码,帧开始
12、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,FCS,6,6,2,4,字节,461500,MAC帧,以太网的MAC帧格式,MAC帧,物理层,MAC层,IP层,以太网V2的MAC帧格式,目的地址字段6字节,MAC帧,物理层,MAC层,IP层,以太网V2的MAC帧格式,源地址字段6字节,MAC帧,物理层,MAC层,IP层,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。在以太网中，多种协议可以在局域网中同时共存，例如：类型字段取值为十六进制0800的帧将被识别为IP协议帧，而类型字段取
13、值为十六进制8137的帧将被识别为IPX和SPX传输协议帧。,MAC帧,物理层,MAC层,IP层,以太网V2的MAC帧格式,数据字段461500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,MAC帧,物理层,MAC层,IP层,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。,MAC帧,物理层,MAC层,IP层,以太网V2的MAC帧格式,在帧的前面插入的8
14、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,MAC帧,字节,6,6,2,4,IP层,物理层,目的地址,源地址,长度/类型,FCS,MAC层,1010101010101010101010101010101011,前同步码,帧开始定界符,7字节,1字节,数据,MAC子层,IP层,LLC子层,这种802.3+802.2帧已经较少使用,431497,1,1,1,DSAP,SSAP,控制,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
15、的帧检验序列FCS查出有差错；数据字段的长度不在461500字节之间。有效的MAC帧长度为641518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,EthernetMACSublayerProtocol,Frameformats.(a)DIXEthernet,(b)IEEE802.3.,在物理层扩展局域网,主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器,以太网集线器,光纤,光纤调制解调器,光纤调制解调器,某大学有三个系，各自有一个局域网,用多个集线器可连成更大的局域网,三个独立的碰撞域,一系,二系,三系,碰撞域,碰撞域,碰撞域,用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中,一系,三系,二系,主干集线器,一个更大的碰撞域,碰撞域,优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。,用集线器扩展局域网,本讲小结,传统以太网MAC地址以太网的帧格式扩展以太网,作业,DIX以太网和802.3以太网的帧格式有何异同之处？为什么说，由于以太网
