第九章 以太网：以太网MAC及其物理层

单击此处编辑母版标题样式-单击此处编辑母版标题样式-单击此处编辑母版标题样式,单第击此处编辑母版文本样式,二级,第三级,第四级,第五级,-,*,-,第九章 以太网以太网,MAC,及其物理层,-,1,-,回顾,以太网概述,以太网标准、,第,1,、,2,层以太网标准,以太网发展,传统以太网、当前以太网、吉比特以太网,以太网帧,MAC,地址结构、表示方法,单播、广播、组播,MAC,地址,-,2,-,教学内容,以太网中的,MAC,以太网,CSMA/CD,过程,以太网帧定时,延时、定时、比特时间、碰撞槽时间,帧间隙和回退,帧间隙、拥塞信号、回退时间,以太网物理层,-,3,-,9.6,以太网,MAC,-,4,-,9.6.1,以太网中的,MAC,共享介质,冲突,：以太网为了降低与每次发送相关的系统开销而付出的代价。,-,5,-,9.6.1,以太网中的,MAC,以太网使用载波侦听多路访问,/,冲突检测,(CSMA/CD),来检测和处理冲突，并管理通信的恢复。,-,6,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,载波侦听,多路访问,冲突检测,堵塞信号和随机回退,-,7,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,1.,载波侦听,要发送报文的所有网络设备在发送之前必须侦听,如果设备检测到来自其它设备的信号，就会等待指定的时间后再尝试发送。,没有检测到通信时，设备将发送其报文并继续侦听。,-,8,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,2.,多路访问,如果设备之间的距离导致一台设备的信号延时，则另一台设备可能没有检测到信号，信号同时发送。,两者的信号就会混合，报文被毁坏。,但剩余信号会混杂在一起继续沿介质传播。,-,9,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,3.,冲突检测,一旦发生冲突，处于侦听模式的其它设备以及所有正在发送的设备，将会检测到信号量的增长。,检测到冲突之后，各台设备将继续发送，以确保网络上的所有设备都检测到冲突。,-,10,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,4.,拥塞信号和随机回退,发送设备检测到冲突之后，将发出拥塞信号。通知其它设备发生了冲突，以便它们调用,回退算法,延迟到期后，该设备将恢复“发送前侦听”模式。,回退算法造成的问题：,在两台涉入冲突的设备重新发送之前，第三台设备可能会先行发送。,-,11,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,4.,拥塞信号和随机回退,回退算法将使所有设备在随机时间内停止发送，以让冲突消除。,返回,-,12,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,假定,1Km,长的,CSMA/CD,网络的数据率为,1Gb/s,设信号在网络上的传播速率为,200000Km/s,，求能够使用此协议的最短帧长？,设最短帧长,x,，则：,x/109=(1/200000)*2,-,13,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,集线器和冲突域,使用,CSMA/CD,也会造成冲突，原因：,越来越多的设备连接到网络。,设备对网络介质的访问越来越频繁。,设备之间的距离越来越长。,-,14,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,集线器和冲突域,集线器和中继器都是中间设备，用于延伸以太网电缆可以到达的距离。,集线器也称为多端口中继器，它将收到的数据信号重新发送到所有连接的设备（向集线器发送信号的设备除外）,-,15,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,集线器和冲突域,冲突域,：通过一台集线器或一系列直接相连的集线器访问公共介质的相连设备称为冲突域。冲突域也称为网段。,-,16,-,9.6.2 CSMA/CD,过程,集线器和冲突域,-,17,-,9.6.3,以太网定时,延迟,发送的电信号需要一定的时间（延时）传播（传送）到电缆。,造成的情况：节点在侦听时信号尚未到达，所以它会认为介质可以使用。这种情况通常导致冲突,-,18,-,9.6.3,以太网定时,延迟,-,19,-,9.6.3,以太网定时,延迟,计算：设待传送的数据总长度为,L,比特，分组总长度为,P,比特，其中首部长度为,H,比特，源节点到目的节点之间的线路数为,h,，每条线路上的延迟为,D,秒，数据传输率为,B bps,，分组交换中，每个分组在每个之间结点需要,K,比特的延迟（包括排队延迟、处理延迟）。 求：数据报分组交换技术所需要的时间。,-,20,-,9.6.3,以太网定时,定时和同步,半双工模式中，如果冲突没有发生，发送设备将会发送,64,位的定时同步信息，称为“前导码”。,然后，发送设备将发送整个帧。,-,21,-,9.6.3,以太网定时,定时和同步,半双工模式中，如果冲突没有发生，发送设备将会发送,64,位的定时同步信息，称为“前导码”。,然后，发送设备将发送整个帧。,-,22,-,9.6.3,以太网定时,比特时间,不管介质速度如何，将比特发送到介质并在介质上侦听到它都需要一定的时间。这段时间称为,比特时间,-,23,-,9.6.3,以太网定时,碰撞槽时间,每种介质需要检测冲突的最大时间,碰撞槽时间是一个确定有多少设备可以共享网络的重要参数。,碰撞槽时间按照约定的最大网络体系结构上的最大电缆长度计算。,-,24,-,9.6.3,以太网定时,碰撞槽时间,-,25,-,9.6.4,帧间隙和帧回退,帧间隙,介质在发送上一个帧后将获得稳定的时间，设备也获得了处理帧的时间。此时间称为帧间隙。,其长度是从一个帧的,FCS,字段最后一位到下一个帧的“前导码”第一位。,-,26,-,9.6.4,帧间隙和帧回退,-,27,-,9.6.4,帧间隙和帧回退,拥塞信号,只要一检测到冲突，发送设备就会发送一个,32,位“堵塞”信号以强调该冲突。,-,28,-,9.6.4,帧间隙和帧回退,拥塞信号,-,29,-,9.6.4,帧间隙和帧回退,回退定时,冲突发生后，所有设备都让电缆变成空闲，发送有冲突的设备必须再等待一段时间，然后才可以重新发送冲突的帧。,-,30,-,9.6.4,帧间隙和帧回退,回退定时,等待时间,长短随机,，这样两个站点在重新发送之前的延迟时间就不会相同，避免更多冲突。,-,31,-,9.7,物理层,标准以太网、快速以太网、千兆以太网与万兆以太网之间的差异在于物理层,IEEE 802.3,标准定义的以太网速率：,10 Mbps - 10Base-T,以太网,100 Mbps -,快速以太网,1000 Mbps -,千兆以太网,10,Gbps,-,万兆以太网,-,32,-,9.7,物理层,-,33,-,9.7.1,10Mbps,和,100Mbps,以太网,1. 10Mbps,以太网：,10BASE-T,编码：曼彻斯特,介质：非屏蔽双绞线,拓扑结构：星型,星型中心设备：集线器,针脚：,1,和,2,用于发送数据，,3,和,6,用于接收数据,-,34,-,9.7.1,10Mbps,和,100Mbps,以太网,-,35,-,9.7.1,10Mbps,和,100Mbps,以太网,2. 100Mbps,以太网：快速以太网,编码：,4B/5B,编码,介质：双绞线铜缆或光纤,拓扑结构：星型,星型中心设备：交换机,类型：,100BASE-TX,（铜缆）、,100BASE-FX,（光纤）,-,36,-,9.7.1,10Mbps,和,100Mbps,以太网,-,37,-,9.7.2,吉比特以太网,特点：速度高、容易产生杂信号,类型：,1000BASE-T,以太网（四对,5,类或更高规格的,UTP,电缆）,1000BASE-SX,和,1000BASE-LX,以太网（光纤）,总结,以太网中的,MAC,以太网,CSMA/CD,过程,以太网帧定时,延时、定时、比特时间、碰撞槽时间,帧间隙和回退,帧间隙、拥塞信号、回退时间,以太网物理层,