第2章 以太网
以太网是最早使用的局域网,也是目前使用最广泛的网络产品。
以太网有10Mbps、100Mbps和1000Mbps的网络。以星型为主。交换型以太网
逐渐代替了共享型以太网，并使用了全双工以太网技术。
2.1 概述
1. 20世纪70年代中期，Xerox公司制定了以太网协议并进行实验，速率为2.94Mbps；
2.1980年，Xerox、Intel和DEC三公司联合发表DIX80，即以太网的标准；
3.1981年6月，IEEE802 LAN标准委员会成立；
4.1985年，IEEE802 LAN标准委员会正式通过了局域网标准。
5.传统的以太网的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式工作,网络的站点在同一 时刻要么发送数据,要么接收数据,而不能同发送和接收。
6.交换型和全双工以太网的出现，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据。
2.2 以太网标准系列年份代号标准类型
198210BASE5802．3粗同轴电缆
198510BASE2802．3a细同轴电缆
199010BASET802．3I双绞线
199310BASEF802．3j光纤
1995100BASET802．3u双绞线
1997全双工以太网802．3x双绞线、光纤
19981000BASEX802．3z短屏蔽双绞线、光纤
20001000BASET802．3ab双绞线
2.3 以太网的功能模块
2.4 帧结构
2.4.1 以太网的帧结构
7 1 6 6 2 46~1500 4
前导码帧首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）类型
（TYPE）数据区（DATA）帧检验序列（FCS）
1.前导码
为101010。。。。。。，共56位，为了同步。
2.帧首定界符（SFD）
为10101011，表示一帧开始。
3.目的地址（DA）
为MAC的物理地址，共6字节。又分为单地址、多地址和广播地址。
（1）单地址：最高位是“0”；
（2）多地址和广播地址：最高位是“1”。（广播地址时，DA同时为全“1”代码）
4.源地址（SA）
同上
5.类型（TYPE）
主要说明高层所使用的协议类型，如IP地址。
6.数据区（DATA）
它的范围为：46~1500字节，如不够46字节，则必须填充到46字节。
7.帧检验序列（FCS）
FCS是通过计算除前导码、SFD和FCS以外的内容得到的。
2.4.2 以太网与IEEE802.3（CSMA/CD标准）帧结构的比较
7 1 6 6 2 46~1500 4
前导码帧首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）类型
（TYPE）数据区（DATA）帧检验序列（FCS）
以太网帧结构
7 1 2/6 2/ 6 2 46~1500 0~46 4
前导码帧首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）长度（L）
逻辑链路层协议单元LLC—PDU填充字段 PAD帧检验序列（FCS）
IEEE802.3（CSMA/CD标准）帧结构
说明：如果LLC—PDU＜46字节，则发送站的MAC子层自动填“0”代码于填充段PAD中。
以太网与IEEE802.3的区别：
比较以太网IEEE802.3
数据段直接为网络层的分组为LLC—PDU
长度/类型类型（值大于1536D）长度（值小于1536D）
以太网帧IEEE802.3帧
DA段在最高位有意义：区分单址还是多址在最高两位有意义次高位“0”：全 局管理次高位“1”：局部管理广播地址DA段，次高位“1”DA段，次高位“1”
2.5 媒体访问控制技术
1.发送规则
2.碰撞槽时间（重点讲解）
假设公共总线媒体长度为S，帧在媒体上的传播速度为0.7C（光速），网络的传输率为R（bps），帧长为L（bps），tPHY为某站的物理层时延；则有：碰撞槽时间=2S/0.7C+2tPHY
因为Lmin/R=碰撞槽时间
所以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R （注意，原书中有错！） Lmin 称为最小帧长度。
碰撞槽时间在以太网中是一个极为重要的参数，有如下特点：
（1）它是检测一次碰撞所需的最长时间。
（2）要求帧长度有个下限。（即最短帧长）
（3）产生碰撞，就会出现帧碎片。
（4）如发生碰撞，要等待一定的时间。t=rT。（T为碰撞槽时间）
3.接收规则
（1）网络上的站点，如不发送，则接收；
（2）接收后，首先判断是否为帧碎片；
（3）识别目的地址；
（4）判断FCS是否有效，若无效，丢弃；若有效，进行（5）步；
（5）确定长度字段时长度还是类型，以0600H为界；
（6）接收成功。解封后送到LLC层。
2.6 选学内容
2.6.1 以太网时隙（slot time）
1.为什么要设置时隙？
（1）在以太网规则中，若发生冲突，则必须让网上每个主机都检测到。但信号传播到整个介质需要一定的时间。
（2）考虑极限情况，主机发送的帧很小，两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻，B开始发送帧。这样，当A的帧到达B时，B检测到了冲突，于是发送阻塞信号。
（3）但B的阻塞信号还没有传输到A，A的帧已发送完毕，那么A就检测不到冲突，而误认为已发送 成功，不再发送。
（4）由于信号的传播时延，检测到冲突需要一定的时间，所以发送的帧必须有一定的长度。这就 是时隙需要解决的问题。
2.下面我们来估计在最坏情况下，检测到冲突所需的时间
（1）在上图中，A和B是网上相距最远的两个主机，设信号在A和B之间传播时延为τ，假定A在t时刻开始发送一帧，则这个帧在t+τ时刻到达B，若B在t+τ－ε时刻开始发送一帧，则B在t+τ时就会检测到冲突，并发出阻塞信号。
（2）阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突，所以一帧的发送时间必须大于2τ。
（3）按照标准，10Mbps以太网采用中继器时，连接最大长度为2500米，最多经过4个中继器，因 此规定对于10Mbps以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。
（3）51.2μs也就是512位数据在10Mbps以太网速率下的传播时间，常称为512位时。这个时间定 义为以太网时隙。512位时=64字节，因此以太网帧的最小长度为512位时=64字节。
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