第05讲使用广播信道以太网
计算机三级《网络技术》基础知识：以太网
计算机三级《网络技术》基础知识：以太网2015计算机三级《网络技术》基础知识：以太网1.以太网的发展1976年7月，Bob在ALOHA网络的基础上，提出总线型局域网的设计思想，并提出冲突检测、载波侦听与随机后退延迟算法，将这种局域网命名为以太网(Ethernet)。
以太网的核心技术是：介质访问控制方法CDMA/CD.这种方法解决了多结点共享公用总线的问题。
早期以太网的传输介质是同轴电缆，后用双绞线，再后用光纤。
2.以太网的帧结构与工作流程(1)以太网数据发送流程冲突：多个站点同时利用总线发送数据，导致数据接收不正确。
总线网没有控制中心，如果一个站点发送数据帧，以广播方式通过总线发送，每一个站点都能收到数据帧，其它站点也可以同时发送，因此冲突不可避免。
CSMA/CD发送流程可简单概括为：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。
实现公共传输介质的控制策略，需要解决的问题是：载波侦听，冲突检测，冲突后的处理方法。
(a)载波侦听结点利用总线发送数据时，首先侦听总线是否空闲，以太网规定发送数据采用曼彻斯特编码。
判断总线是否空闲可以判断总线上是否有电平跳变。
不发生跳变总线空闲。
此时如果有结点已准备好发送数据，可以启动发送。
(b)冲突检测方法载波侦听不能完全消除冲突，原因是数字信号是以一定的速率传输的。
例如：结点A发送数据帧时，离他1000m距离的结点在一定的时间延迟后才能收到数据帧，此时间段内如果B也发送数据，造成冲突。
从物理层上看，冲突时多个信号叠加，导致波形不同于任何结点的波形信号。
解决方案：结点A发送数据前，先发送侦听信号，如果侦听信号在最大距离传输时间2倍时，没有冲突信号出现，结点A肯定取得总线的访问权。
冲突信号的延迟时间=2*D/V。
其中：D是结点到最远结点的距离，V表示信号传输速度，信号往返的时间为延迟时间。
进行冲突检测的方法有两种：比较法和编码违例法。
比较法：将发送信号波形与从总线上接收的信号比较，如果不同说明有冲突。
以太网信道
以太网信道EtherChannel以太网信道EtherChannel 又称：端口汇聚端口绑定链路聚合( H3C)作用:１.增加链路带宽。
多条链路同时转发数据，并自动负载均衡。
以太网信道最多可以捆绑８个端口100M×82. 提供链路冗余，故障自动快速切换。
以太网信道防止二层环路：端口被捆绑为信道后，入站（收到的）广播帧将不会被从信道的其它端口转发出去。
负载均衡方式：基于流进行负载均衡，特定的流只走一条路。
（散列算法）两条最后一位索引0 1四条最后两位索引00 01 10 11八条最后三位索引000 001 010 011 (111)源+目异或运算（同值为0, 异值为1 ）注：选择负载均衡方法时，应选择变化最大的，以便更好地实现负载均衡。
S3560(config )# port-channel load-balance src-dst-mac src-mac dst-mac 二层src-dst-ip src-ip dst-ip 35/37/45/65 三层src-dst-port src-port dst-port 45/65实现方式：既可以手工强制指定，也可以通过相关协议，在两台交换机之间动态协商以太网信道。
CISCO设备支持端口汇聚协议PagP和链路聚合控制协议LACP.协商与非协商的区别：●非协商---- 强制进行聚合，不关心对端的配置是否匹配。
两端不匹配，有可能会导致环路。
因此采用on模式时，一定要确保两端配置一致。
如果不一致，1分钟后，接口将会自动被错误禁用shutdown。
●协商---- 只有在对方的模式与自己匹配时，才进行聚合。
如果协商不成功，接口之间各自独立，还做为多个接口使用。
1. 手工以太网信道S3560(config )# int range f0/1 – 2 （int range f0/2 , f0/10 ）# channel-group 1 mode on无条件信道，不进行协商2.CISCO PagP协商S3560(config )# int range f0/1 - 2#channel-protocol pagp# channel-group 1 mode desirable主动请求Auto 被动监听，等待被请求3.IEEE LACP协商S3560(config )# lacp system-priority 1001-65535, 默认32768（管理者）S3560(config )# int range f0/1 - 2# channel-protocol lacp# channel-group 1 mode Active主动请求Passive被动监听，等待被请求# lacp port-priority 100 1-65535, 默认32768（主备选举）配置说明：1. 两端交换机信道模式要匹配.on---on desirable------auto(desirable) active------passive(active)2. 如果采用协商模式，只要选择了相应的模式，交换机会自动调用相应的协议（PAgP/LACP）.s2950#sh etherchannel summary信道的工作方式：以太网信道会自动继承物理接口的工作模式，可以工作在access、trunk或路由模式。
以太网交换机原理培训
以太网交换机原理培训以太网交换机的工作原理是基于以太网技术的，以太网是一种常见的局域网通信技术，它使用的是CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）访问机制，即发送方在发送数据之前会先监听传输媒介上是否有其他设备在发送数据，如果检测到冲突，就会等待一段随机时间后再次尝试发送。
以太网交换机内部主要包含多个交换模块和端口，每个端口都与一个计算机或者其他网络设备相连，交换模块根据交换表（也称为MAC地址表）中的信息，将数据包从一个输入端口转发到相应的输出端口。
交换表中存储了设备的MAC地址和端口之间的映射关系。
当一个数据包到达以太网交换机的输入端口时，交换模块会读取数据包头部的目标MAC地址，并检查交换表中是否有与之对应的端口信息。
如果有，交换模块就会将该数据包转发到相应的输出端口，实现数据的交换。
如果交换表中没有匹配的记录，交换模块会广播该数据包到所有其他端口，这样就能确保数据包能够达到目标设备。
同时，交换模块会将源MAC地址和端口信息添加到交换表中，以便之后的数据包能够直接转发，提高数据传输效率。
除了基本的转发功能，以太网交换机还支持其他高级功能，例如虚拟局域网（VLAN）和链路聚合。
VLAN可以将一个局域网划分成多个虚拟的子网，提高网络的隔离性和安全性。
链路聚合是将多个物理链路合并为一个逻辑链路的技术，提高链路冗余性和传输带宽。
此外，以太网交换机还能够进行流量控制和拥塞管理，以避免网络出现拥塞和延迟。
例如，交换机可以根据端口的速率，对流入的数据进行限速，以防止一些端口的流量过大影响整个局域网的性能。
总结起来，以太网交换机通过使用交换表存储设备的MAC地址和端口之间的映射关系，实现了快速、准确的数据包交换和路由。
它是局域网中不可或缺的设备之一，为提高网络性能和可靠性起到了重要作用。
以太网通信原理
以太网通信原理以太网通信原理是一种局域网技术，通过电缆连接计算机和其他网址设备，它是一种基于帧的通信方式。
以太网使用CSMA/CD（载波侦听多径访问/碰撞检测）协议来控制访问网络链路。
以太网中的每个设备都具有一个全球唯一的物理地址，称为MAC地址。
以太网使用分组交换技术，将数据分为小块，称为帧，然后通过网络传输。
在以太网通信过程中，计算机发送数据时，将数据分解成帧，并在帧中添加源MAC地址和目标MAC地址，以识别数据发送和接收的设备。
这些帧在网络链路上通过不同设备传输，直到达到目标设备。
目标设备通过匹配帧中的目标MAC地址来接收数据。
在以太网中，当多个设备同时尝试发送数据时，可能会发生碰撞。
为了解决这个问题，以太网使用CSMA/CD协议。
设备在发送数据之前，先监听网络上是否有其他设备正在发送数据。
如果检测到信道空闲，设备开始发送数据。
如果多个设备在同一时间开始发送数据，就会发生碰撞。
当发生碰撞时，设备会发送一个干扰信号，然后等待一个随机时间段后重新发送数据。
以太网通信原理还包括网络拓扑结构的选择。
常见的拓扑结构有总线型、星型和环型。
在总线型拓扑中，所有设备都连接在同一条电缆上。
在星型拓扑中，每个设备都连接到一个中央设备，例如交换机或集线器。
在环型拓扑中，设备通过一个环形电缆相互连接。
除了物理层的连接方式和帧的传输，以太网还支持网络层和传输层协议，如IP协议和TCP/UDP协议。
这些协议帮助实现数据的可靠传输和终端设备之间的通信。
总之，以太网通信原理基于帧的通信方式，使用CSMA/CD协议控制访问网络链路。
它还包括网络拓扑结构的选择和支持网络层和传输层协议。
通过理解以太网通信原理，可以更好地理解和使用局域网技术。
计算机网络第05讲使用广播信道的以太网
发 送 成 功
T0 τ
课件制作人：常革新
t
发送一帧所需的平均时间
信道利用率的最大值 Smax
在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据 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：
总线拓扑的以太网
最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线 上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因 为总线上没有有源器件。 总线的特点
当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能 检测到这个数据。这种通信方式是广播通信。 仅当数据帧中的目的地址与计算机的地址一致时，该 计算机才能接收这个数据帧。计算机对不是发送给自 己的数据帧，则一律不接收。 具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。
课件制作人：常革新
以太网的争用期
争用期 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多 经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）就可 知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或 碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才 能肯定这次发送不会发生碰撞。
第 3 章 数据链路层
课前提问 1. 局域网有那些特点？哪些种拓扑结构？ 2. 共享信道有哪两种介质访问控制技术？ 3. 试解释CSMA/CD协议？ 4. 以太网的争用期是多少？ 5. 扩展局域网需要哪些设备？
课件制作人：常革新
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层
IP智能网络广播操作说明
IP智能网络广播操作说明操作步骤如下：1.网络配置：确保广播设备与网络连接正常。
通常情况下，广播设备会与路由器通过以太网线连接。
用户需要对广播设备进行正确的网络配置，包括设置IP地址、子网掩码、网关等参数。
此外，还需要将广播设备的DNS服务器地址设置为能够解析广播内容的服务器地址。
2. 广播内容制作：用户可以使用专业的广播制作软件，如Adobe Audition等，制作广播内容。
在制作过程中，需要注意音频格式的选择，通常推荐使用MP3或AAC格式。
此外，还可以添加背景音乐、音效等来增加广播内容的质量。
3.广播调度：用户可以使用广播调度软件来设置广播时间表和节目单。
在设置广播时间表时，需要指定每个节目的开始和结束时间，并设置是否自动播放下一个节目。
此外，还可以设置广播内容的循环播放次数、间隔时间等参数。
4.广播分发：广播内容制作完成后，用户可以使用网络传输协议（如TCP/IP、UDP等）将广播内容发送到广播设备。
在发送过程中，需要指定广播设备的IP地址和端口号。
此外，还可以使用多播技术来实现广播内容的分发，以减少网络带宽的占用。
5.广播监听：用户可以使用支持IP广播协议的终端设备（如电脑、手机等）来接收和播放广播内容。
在接收过程中，需要设置终端设备的IP地址和端口号，以便广播设备能够将广播内容发送到指定的终端设备上。
同时，用户还可以设置终端设备的音量、播放模式等参数。
6.广播控制：用户可以使用广播控制软件来实现对广播设备的远程控制。
通过广播控制软件，用户可以实现对广播内容的开始、暂停、停止等操作。
此外，还可以设置广播设备的音量、音质等参数，以满足不同场合的需求。
注意事项如下：1.网络稳定性：由于IP智能网络广播是基于互联网的，因此网络的稳定性对广播质量有很大的影响。
用户需要确保网络连接正常，避免出现断网或卡顿等问题。
2.广播内容版权：在制作广播内容时，用户需要遵守相关版权法规，确保所使用的音乐、文字、图片等资料具备合法版权。
路由器的网络广播设置教程
路由器的网络广播设置教程网络广播是指将一条信息通过网络发送给所有连接到该网络的设备，而路由器的网络广播设置意味着该路由器能够将广播消息发送到所有连接到该网络的设备上。
在网络管理中，路由器的广播设置对于确保网络顺畅和安全至关重要。
本文将帮助您了解如何正确地配置路由器的网络广播设置。
一、了解网络广播网络广播通常用于向全网内所有设备发送同一条消息，比如：DHCP 服务器就会使用广播消息发送 IP 地址信息；ARP 协议则会使用广播消息发送 MAC 地址信息。
路由器广播主要有三种类型：目的地址是全 0 的广播（broadcast）、目的地址是组播地址的广播（Multicast）、目的地址是有限广播地址的广播（Limited Broadcast)。
如果路由器的广播设置不正确，那么就会导致网络出现严重故障，甚至会增加安全威胁。
因此，正确设置路由器的广播是极为必要的。
二、打开路由器的 WEB 界面首先，要确保路由器能够连接到网络。
使用电脑或手机连接到路由器 Wi-Fi 热点后，打开浏览器输入路由器的默认管理地址（通常是192.168.0.1或192.168.1.1）并输入管理员用户名和密码，即可进入路由器的 WEB 界面。
三、设置广播 IP 地址在路由器的 WEB 界面中，找到“局域网设置”（或“网络设置”）选项卡，进入该选项卡后，找到“广播地址”（或“广播IP”或“广播设置”等）一栏，确保将广播地址设置为正确的值。
在大多数情况下，广播 IP 地址的默认值应为“255.255.255.255”。
四、设置组播如果您的网络需要使用到组播功能（例如 IPTV），则需要在路由器的设置中启用组播。
找到“组播设置”（或“IGMP设置”或“流控设置”或“IPv6组播设置”等）选项卡，启用组播协议，设置组播地址，然后保存设置即可。
五、开启无线网络广播如果您的路由器支持 Wi-Fi 网络，您需要设置 Wi-Fi 广播。
找到“无线设置”选项卡，并进入“基本设置”页面，在该页面上，您将看到“广播SSID”选项，务必确保此选项处于开启状态。
互联网基础培训-8.以太网基础知识
Transmit
Tx
Loopback Collision Detection
Ethernet Controller
Rx
Receive
Rx
Ethernet NIC
Ethernet NIC
• 使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送， 但通信双方不能同时收发数据. • 要进行收发切换 • 时间延迟大
X
Port 1
Port 12
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
28
广播帧和多播帧（生存期300秒 广播帧和多播帧（生存期300秒） 300
MAC地址表 地址表 E0: E2: E1: E3: 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444
以太网基础知识
课程简介－ 课程简介－以太网
• 以太网基础知识 • 以太网交换技术
2
以太网基础知识
3
网络元素
网络设备) 集线器 (网络设备 网络设备
打印机
(带有网卡)
电缆/传输介质 电缆 传输介质
非屏蔽双绞线 同轴的 光纤的 连接头 (RJ11, RJ45, 等
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
• 端口和源地址相关联
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交换机工作原理： 交换机工作原理：转发
Port1: 0260.8c01.1111 Port2: 0260.8c01.2222 Port3: 0260.8c01.3333 Port12: 0260.8c01.4444
以太网交换机基础培训教材
以太网交换机基础培训教材Catalog 目录1 以太网概述 (6)2 以太网的基础知识 (6)2.1 MAC 地址 (6)2.2 以太网帧的帧格式 (7)2.2.1 以太网Ⅱ (8)2.2.2 带有802.2 逻辑链路控制的IEEE 802.3 (8)2.2.3 IEEE 802.3 子网访问协议（以太网SNAP ） (8)2.2.4 Novell 以太网.......................................................................................................................................9 2.3CSMA/CD ..............................................................................................................................................................9 2.4 冲突域和广播域.. (10)2.5 以太网的典型设备-HUB (10)2.6 全双工以太网 (11)3 二层交换机的基本原理 (11)3.1 二层交换机 (11)3.2 支持VLAN 的二层交换机 (14)3.2.1 VLAN 的概念 (15)3.2.2 VLAN 的划分 (16)3.2.3 VLAN 的标准 (17)3.2.4 支持VLAN 交换机的转发流程 (19)4 三层交换机基本原理 (22)4.1 三层交换机的提出 (22)4.2 三层交换机基本特征 (23)4.3 三层交换机的功能模型 (23)4.4 三层交换机转发流程 (25)4.4.1 IP网络规则 (25)4.4.2 三层转发流程 (25)4.4.3 选路过程 (27)4.5 路由器和交换机 (29)4.5.1 接口 (30)4.5.2 特点对照 (30)5 交换机相关协议和技术 (30)5.1 物理层特性（接口） (30)5.1.1 自协商 (31)5.1.2 智能MDI/MDIX 自识别 (31)5.1.3 流控机制 (32)5.1.4 POE 供电 (33)5.1.5 端口镜像 (33)5.2 二层协议和特性 (33)5.2.1 STP/RSTP/MSTP 协议 (34)5.2.2 GARP/GVRP/GMRP (35)5.2.3 聚合特性 (36)5.2.4 Isolate-user-vlan (37)5.2.5 二层多播 (38)5.2.6 QinQ (39)5.3 三层特性 (39)5.3.1 SuperVLAN (39)5.4 Qos/ACL (40)5.5 安全特性 (40)5.6 5.5.1 802.1X (40)5.7 5.5.2 PORTAL (42)5.8 管理特性 (43)2.2.5 集群管理 (44)2.2.6 WEB 网管...........................................................................................................................................45 5.7IRF ..........................................................................................................................................................................45 5.8 与路由器相同的一些特性.. (47)6 以太网交换机主要厂商 (47)2.7 Cisco (47)2.8 Extreme (48)2.9 Foundry (48)2.10 港湾 (48)7 参考资料 (48)图索引图 1 MAC 地址 (7)图 2 常用的以太网帧格式 (8)图 3 由HUB 组成的网络 (11)图 4 全双工以太网 (11)图 5 二层交换机结构示意图 (12)图 6 二层交换机的转发流程 (13)图7 二层交换机工作在链路层 (13)图8 交换机的冲突域和广播域 (14)图9 由二层交换机构成的扁平网络 (14)图10 基于端口VLAN 的划分 (16)图11 802.1Q VLA N帧格式 (18)图12 Trunk 链路实现虚拟工作组 (18)图13 支持VLA N交换机交换引擎 (19)图14 IVL 和SVL 地址学习方式 (20)图15 IVL 地址学习方式转发流程 (21)图16 SVL 地址学习方式转发流程 (21)图17 支持VLA N交换机冲突域和广播域 (22)图18 三层交换机功能模型 (24)图19 三层交换引擎 (24)图20 三层转发流程 (26)图21 路由器的最长匹配转发 (28)图22 三层交换机转发-精确匹配 (29)图23 三层交换机转发-最长匹配 (29)图24 以太网的自协商 (31)图25 STP阻塞网络环路 (34)图26 MSTP 根据VLA N进行阻塞链路 (35)图27 GA RP属性注册和注销 (35)图28 GA RP基本原理 (36)图29 Isolate-user-vlan (37)图30 不支持多播功能交换机 (38)图31 QinQ 实现vMAN (39)图32 802.1X 认证体系结构 (41)图33 PORTA L认证四大要素 (43)图34 集群的组成 (45)图35 IRF 的组成 (46)图36 IRF 的典型应用 (47)表索引表 1. LAN/MAN 参考模型 (15)表 2. 路由器和三层交换机的特点对比 (30)表 3. PORTA L、PPPoE/A 、802.1X三种认证方式的特点对比 (43)以太网交换机基础培训教材Keywords 关键词：以太网，交换机，LAN ，VLAN ，IRFAbstract 摘要：本文介绍以太网交换机的相关知识和基本原理。
图解冲突域、广播域
图解冲突域、广播域网络互连设备可以将网络划分为不同的冲突域、广播域。
但是，由于不同的网络互连设备可能工作在OSI模型的不同层次上。
因此，它们划分冲突域、广播域的效果也就各不相同。
如中继器工作在物理层，网桥和交换机工作在数据链路层，路由器工作在网络层，而网关工作在OSI模型的上三层。
而每一层的网络互连设备要根据不同层次的特点完成各自不同的任务。
下面我们讨论常见的网络互连设备的工作原理以及它们在划分冲突域、广播域时各自的特点。
1、传统以太网操作传统共享式以太网的典型代表是总线型以太网。
在这种类型的以太网中，通信信道只有一个，采用介质共享（介质争用）的访问方法（第1章中介绍的CSMA/CD 介质访问方法）。
每个站点在发送数据之前首先要侦听网络是否空闲，如果空闲就发送数据。
否则，继续侦听直到网络空闲。
如果两个站点同时检测到介质空闲并同时发送出一帧数据，则会导致数据帧的冲突，双方的数据帧均被破坏。
这时，两个站点将采用"二进制指数退避"的方法各自等待一段随机的时间再侦听、发送。
在图1中，主机A只是想要发送一个单播数据包给主机B。
但由于传统共享式以太网的广播性质，接入到总线上的所有主机都将收到此单播数据包。
同时，此时如果任何第二方，包括主机B也要发送数据到总线上都将冲突，导致双方数据发送失败。
我们称连接在总线上的所有主机共同构成了一个冲突域。
当主机A发送一个目标是所有主机的广播类型数据包时，总线上的所有主机都要接收该广播数据包，并检查广播数据包的内容，如果需要的话加以进一步的处理。
我们称连接在总线上的所有主机共同构成了一个广播域。
图1 传统以太网2、中继器（Repeater）中继器（Repeater）作为一个实际产品出现主要有两个原因：第一，扩展网络距离，将衰减信号经过再生。
第二，实现粗同轴电缆以太网和细同轴电缆以太网的互连。
通过中继器虽然可以延长信号传输的距离、实现两个网段的互连。
但并没有增加网络的可用带宽。
C042 使用广播信道的以太网
MAC 帧
物理层
课件制作人：谢希仁
以太网 V2 的 MAC 帧格式
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。 FCS 字段 4 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
字节
IP层
4
6
6
2
46 ~ 1500
MAC 帧 目的地址 源地址
插 入 8 字节 7 字节
10101010101010
类型
数
据
FCS MAC层
以太网 MAC 帧
1 字节
10101010101010101011
物理层
…
前同步码
帧开始 定界符
课件制作人：谢希仁
以太网 V2 的 MAC 帧格式
目的地址字段 6 字节
站点 集线器 RJ-45 插头
两对双绞线
课件制作人：谢希仁
RJ-45连接器
RJ-45连接器包括一个插头和一个插孔（或插座） 插孔安装在机器上 插头和连接导线（如无屏蔽双绞线的5类线）相连 只使用4根针脚 （1, 2, 3和6）
针脚1 针脚2 针脚3 发送 发送 接收
针脚4
针脚5 针脚6 针脚7
物理层
当类型字段的值是0X0800时，表示上层使用的是IP数据报
课件制作人：谢希仁
以太网 V2 的 MAC 帧格式
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
数据字段 46 ~ 1500 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
以太网基本原理
以太网基本原理
以太网是一种局域网技术，常用于连接计算机和其他网络设备。
其基本原理是利用以太网协议进行数据通信。
以太网使用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议，以实现多个设备同时访问共享的传输介质（如电缆）。
在以太网中，每个设备都有一个网卡，用于发送和接收数据。
设备通过物理介质（如双绞线）连接到交换机或集线器等网络设备。
当设备需要发送数据时，它首先监听传输介质，确保没有其他设备同时发送数据。
一旦传输介质空闲，设备将发送数据帧。
在发送过程中，如果发生冲突（多个设备同时发送数据导致数据碰撞），设备将立即停止发送，并发送一个“冲突消息”给其他设备，通知它们发生了冲突。
所有设备都会接收到这个冲突消息，并暂停发送数据。
在冲突发生后，设备会等待一段随机时间，然后重新尝试发送数据。
这个随机等待时间能够减少再次发生冲突的可能性。
当接收方设备接收到数据帧时，它会检查帧的目标地址，如果与自己的地址匹配，则接收并处理数据。
否则，它将忽略该帧。
以太网还支持广播功能，即一个设备可以向网络中的所有设备发送数据帧。
其他设备会接收该帧，并根据需要进行相应的处
理。
总的来说，以太网基于CSMA/CD协议，在多个设备之间实现数据的共享传输。
它使用网卡和物理介质进行连接，并利用冲突检测机制处理冲突。
通过这种方式，设备能够在共享的网络中进行数据通信。
通信网体系与协议-第05章-MAC子层
Fig. 4-3
效率：信道利用率最高只有18.4%.
5.2.2 分槽ALOHA协议
基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为
一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始 时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。 信道效率 冲突危险区是纯ALOHA的一半，所以P0 = e-G，S = Ge-G；Fig. 4-2 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率， 信道利用率最高为36.8%。Fig. 4-3
每帧传输的期望值
Pk e (1 e )
-G
G k1
E kPk ke-G (1 eG )k1 eG
k 1 k 1
5.2.3载波监听多路访问协议CSMA
CSMA-Carrier Sense Multiple Access Protocols 载波监听（Carrier Sense）
ALOHA协议
目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协
调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；
分类： 纯ALOHA协议 分槽ALOHA协议
纯ALOHA协议基本思想：用户有数据要发送时，可以直
接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突， 则等待一段随机的时间重发;
送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。
优点：减少了信道空闲时间； 缺点：增加了发生冲突的概率； 广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生
冲突的可能性越大，协议性能越差；
非坚持型CSMA -- nonpersistent CSMA
原理
若站点有数据发送，先监听信道；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。
概述以太网技术原理的应用
概述以太网技术原理的应用1. 什么是以太网技术？以太网技术是一种用于局域网的通信协议，它采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的介质访问控制方法，以实现节点之间的数据传输。
以太网技术最早由Xerox、Intel和DEC等公司于上世纪70年代开发，现在已成为局域网通信的主流技术。
2. 以太网技术原理以太网技术的原理基于以下几个主要要素：2.1 介质访问控制（MAC）以太网技术使用MAC地址来识别每个网络节点。
MAC地址是一个唯一的物理地址，由48个比特构成，通常以十六进制表示。
每个以太网设备都有一个唯一的MAC地址，用于在局域网中进行节点之间的通信。
2.2 帧结构以太网技术使用的数据单元是数据帧。
以太网帧由以下几个部分组成：•帧前导码（Preamble）：用于同步接收方的时钟，标志一个数据帧的开始。
•目标MAC地址（Destination MAC Address）：指示数据帧的目标节点。
•源MAC地址（Source MAC Address）：指示数据帧的发送节点。
•类型字段（Type）：指示数据帧的类型，例如IPv4、ARP等。
•数据（Data）：实际需要传输的数据。
•帧校验序列（FCS）：用于检测数据帧在传输过程中是否出错。
2.3 CSMA/CDCSMA/CD是以太网技术使用的一种介质访问控制方法，用于解决多个节点同时发送数据时可能发生的冲突问题。
CSMA/CD工作原理如下：•节点在发送数据之前，首先监听信道是否有其他节点正在发送数据。
•如果信道空闲，节点开始发送数据。
•如果多个节点同时开始发送数据导致冲突，节点会停止发送，并发送一个冲突信号给其他节点。
•等待随机时间后，节点重新尝试发送数据。
3. 以太网技术的应用以太网技术在各个领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：3.1 局域网（LAN）以太网技术最常见的应用场景是局域网。
了解网络安装中的网络广播和组播技术(五)
网络广播和组播技术是现代网络安装中不可或缺的一部分，它们在实现高效通信和信息传输方面起到了重要的作用。
本文将深入探讨网络广播和组播技术的原理、应用和局限性。
一、网络广播技术：网络广播技术是指将数据包从源主机发送到所有连接到网络的主机的通信方式。
在网络广播中，数据包由源主机发送到网络上的所有主机，无需指定目标主机。
这种通信方式常用于传输广播消息、网络故障诊断和组网配置等场景。
网络广播技术的核心是利用广播地址来识别目标主机。
广播地址是一个特殊的IP地址，用于指示数据包应发送到网络上的所有主机。
在IPv4网络中，广播地址通常是；而在IPv6网络中，广播地址是ff02::1。
尽管网络广播技术具有广泛的影响力，但也存在一些缺点。
首先，由于数据包必须发送到网络上的每个主机，广播会消耗大量的网络带宽和计算资源。
其次，广播数据包无法穿越多个网络，限制了广播的覆盖范围。
最后，由于广播风暴可能导致网络阻塞，因此需要采取一些防护措施来控制广播流量。
二、网络组播技术：与广播技术不同，网络组播技术将数据包从源主机发送到一组特定的目标主机。
在组播通信中，源主机将数据包发送到一个特殊的组播地址，而仅有加入该组播组的主机才会接收到数据包。
组播地址是一个特殊的IP地址，用于唯一标识一个组播组。
在IPv4网络中，组播地址的范围是到；而在IPv6网络中，组播地址的范围是 ff00::/8。
通过网络组播技术，可以实现高效的多播传输。
例如，在视频直播和在线会议等应用场景中，可以利用组播技术将视频数据同时发送给多个收件人，节省网络带宽和服务器资源。
此外，在跨网络通信中，组播技术也可以帮助减少跨网络传输的数据量，提高传输效率。
然而，网络组播技术也存在一些限制。
首先，组播通信需要网络设备的支持，包括路由器和交换机等。
这些设备需要支持组播协议，并进行相应的配置和管理。
其次，组播在跨网络传输时面临一些挑战，如网络隔离和安全性问题。
因此，在实际应用中，需要进行定制化的部署和配置，以确保组播可以正常运行。
通信协议之单播，多播，广播（五）
通信协议之单播，多播，⼴播（五）1.单播，多播，⼴播的介绍1.1.单播(unicast)单播是说，对特定的主机进⾏数据传送。
例如给某⼀个主机发送IP数据包。
这时候，数据链路层给出的数据头⾥⾯是⾮常具体的⽬的地址，对于以太⽹来说，就是⽹卡的MAC地址（不是FF-FF-FF-FF-FF-FF这样的地址）。
现在的具有路由功能的主机应该可以将单播数据定向转发，⽽⽬的主机的⽹络接⼝则可以过滤掉和⾃⼰MAC地址不⼀致的数据。
1.2.⼴播(unicast)⼴播是主机针对某⼀个⽹络上的所有主机发送数据包。
这个⽹络可能是⽹络，可能是⼦⽹，还可能是所有的⼦⽹。
如果是⽹络，例如A类⽹址的⼴播就是 netid.255.255.255，如果是⼦⽹，则是id.subnetid.255；如果是所有的⼦⽹（B类IP）则是则是 id.255.255。
⼴播所⽤的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
⽹络内所有的主机都会收到这个⼴播数据，⽹卡只要把 MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的数据交给内核就可以了。
⼀般说来ARP，或者路由协议RIP应该是以⼴播的形式播发的。
1.3.多播(multicast)可以说⼴播是多播的特例，多播就是给⼀组特定的主机（多播组）发送数据，这样，数据的播发范围会⼩⼀些(实际上播发的范围⼀点也没有变⼩)，多播的MAC地址是最⾼字节的低位为⼀，例如01-00-00-00-00-00。
多播组的地址是D类IP，规定是224.0.0.0-239.255.255.255。
虽然多播⽐较特殊，但是究其原理，多播的数据还是要通过数据链路层进⾏MAC地址绑定然后进⾏发送。
所以⼀个以太⽹卡在绑定了⼀个多播IP地址之后，必定还要绑定⼀个多播的MAC地址，才能使得其可以像单播那样⼯作。
这个多播的IP和多播MAC地址有⼀个对应的算法，在书的p133到p134之间。
可以看到这个对应不是⼀⼀对应的，主机还是要对多播数据进⾏过滤。
以太网的的原理与应用
以太网的原理与应用1. 简介以太网是一种常用的局域网技术，使用标准化的物理层和数据链路层协议，用于在局域网内传输数据。
以太网凭借其低成本、高性能和简单灵活的特点，在现代计算机网络中得到广泛应用。
2. 原理以太网的原理基于CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）机制，它允许多个设备共享同一物理介质，通过协调发送和接收数据来避免碰撞。
具体的传输过程如下： 1. 设备检查是否有其他设备正在发送数据，如果没有，则发送数据； 2. 如果有其他设备同时发送数据，设备会检测到碰撞，并发送一个冲突信号； 3. 发送冲突后，设备随机等待一段时间，然后重新发送数据； 4. 如果发送成功，则其他设备会接收到数据帧，并进行相应处理。
3. 物理层标准以太网的物理层采用不同的标准，常见的有： - 10BASE-T：使用双绞线作为物理介质，传输速率为10Mbps； - 100BASE-T：也使用双绞线作为物理介质，传输速率为100Mbps； - 1000BASE-T：采用四对双绞线作为物理介质，传输速率为1Gbps； - 10GBASE-T：使用四对双绞线作为物理介质，传输速率为10Gbps。
4. 数据链路层协议以太网的数据链路层采用以太网协议，其中最常见的是以太网II帧格式，包括以下几个字段： - 前导码：用于同步发送和接收设备的时钟； - 目的MAC地址：指示数据帧的目标设备； - 源MAC地址：标识数据帧的发送设备； - 类型/长度字段：指示数据帧长度或以太类型； - 数据字段：实际的数据内容； - 校验和字段：用于校验数据是否正确。
5. 应用以太网在各种领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：5.1 企业局域网以太网是企业内部局域网的常用技术，用于连接办公室内的计算机和其他网络设备。
通过以太网，员工可以共享文件、打印机和其他资源，提高工作效率。
5.2 互联网接入许多家庭和办公室使用以太网作为互联网接入的方式。
以太网的工作原理
以太网的工作原理以太网是一种局域网技术，它是一种基于CSMA/CD（载波监听多路接入/碰撞检测）协议的局域网通信技术。
以太网的工作原理主要包括帧格式、数据传输、碰撞检测等几个方面。
首先，我们来看一下以太网的帧格式。
以太网的数据传输是通过帧来完成的，每一帧包括了目的地址、源地址、类型/长度、数据和校验序列等字段。
其中，目的地址和源地址分别表示数据的接收方和发送方的MAC地址，类型/长度字段表示数据的类型或长度，数据字段包含了要传输的数据，校验序列用于检测数据传输过程中是否发生了错误。
这样的帧格式保证了数据在传输过程中的完整性和可靠性。
其次，以太网的数据传输是通过CSMA/CD协议来完成的。
CSMA/CD协议是一种多路访问协议，它通过监听信道上的数据来确定是否可以发送数据。
具体来说，当一个设备要发送数据时，它首先监听信道，如果信道上没有其他设备在发送数据，那么它就可以发送数据；如果信道上有其他设备在发送数据，那么它就需要等待一段时间再次监听信道。
此外，当两个设备同时发送数据导致碰撞时，它们会通过碰撞检测机制来检测到碰撞并进行重发。
最后，以太网的碰撞检测是通过发送一个特殊的信号来完成的。
当一个设备发送数据时，它会不断地检测信道上的电压，如果检测到电压的变化，就表示有其他设备同时发送数据，这时它会立即停止发送数据，并发送一个特殊的信号来通知其他设备发生了碰撞。
接收到这个信号的设备会在一段时间后重新发送数据，以避免再次发生碰撞。
总的来说，以太网的工作原理是基于CSMA/CD协议的，它通过帧格式、数据传输和碰撞检测等机制来实现数据的可靠传输。
通过了解以太网的工作原理，我们可以更好地理解局域网通信技术的工作原理，从而更好地应用和管理局域网。
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单程端到端
传播时延记为
B
t= B B 检测到信道空闲
发送数据 t=/2 B 发生碰撞 t= B B 检测到发生碰撞 停止发送
B
CSMA/CD 协议
强化碰撞 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立 即停止发送数据；再继续发送若干比特的人 为干扰信号，以便让所有用户都知道现在已 经发生了碰撞。
可以检测出来，并立即停止发送，因而信道
利用率很高；反之，α越大， 值越大，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。
课件制作人：常革新
以太网的信道利用率
参数：α= / T0 以太网的发送时延与单程端到端时延 和帧
的发送时间 T0有关。 当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限
接口的转发器，工作
双绞线
在物理层。
网卡 工作站
网卡 工作站
网卡 工作站
课件制作人：常革新
星形拓扑的以太网
10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的 距离不超过 100 m。
这种 10 Mb/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。
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α 值太大。
课件制作人：常革新
星形拓扑的以太网
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 站点 做集线器(hub)
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：
SmaxT0T0
1 1a
课件制作人：常革新
以太网的信道利用率
参数：α= / T0 以太网的发送时延与单程端到端时延 和帧
的发送时间 T0有关：
在T0 确定时，α0，表示一发生碰撞就立即
课件制作人：常革新
二进制指数类型退避算法
发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避） 一个随机时间才能再发送数据。以太网采用一种 “二进制指数类型退避算法”
确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。
定义重传次数 k ，k 10，即 k = Min[重传次数, 10]
从整数集合[0,1,…, (2k 1)]中随机地取出一个数，记 为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。
计算机网络（第 5 版）
第 3 章 数据链路层
课件制作人：谢希仁
第 3 章 数据链路层
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议
3.4 使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的 MAC 层
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
在有了“载波监听”的信道上为什么还会发生 “碰撞”呢？这是由于电磁波在总线上的有限传 播速率的影响。
当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正 是空闲的。
A向B发出的信息要经过一定的时间后才能传送到B。 B若在A发送的信息到达B之前发送自己的帧(因为这时
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道 上是否有“碰撞”发生。
在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的 失真，无法从中恢复出有用的信息来。
每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现 了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络 资源，然后等待一段随机时间后再次发送。
B的载波监听检测不到A所发送的信息)，则必然要在 某个时间和A发送的帧发生碰撞。 碰撞的结果是两个帧都变得无用。
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
在有了“载波监听”的信道上为什么还会发生 “碰撞”呢？这是由于电磁波在总线上的有限传 播速率的影响。
A
t=0
1 km
碰撞
t A 检测到发生碰撞
t = 2
最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线 上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因 为总线上没有有源器件。
总线的特点
当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能 检测到这个数据。这种通信方式是广播通信。
仅当数据帧中的目的地址与计算机的地址一致时，该 计算机才能接收这个数据帧。计算机对不是发送给自 己的数据帧，则一律不接收。
课件制作人：常革新
3.5.1 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，实现远距离连接。
光纤 调制解调器
光纤
以太网 集线器
光纤 调制解调器
以太网的争用期
以太网的争用期 以太网取 51.2 s 为争用期的长度。 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送 512 bit，即 64 字节。 以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生 冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长 度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止 的无效帧。
课件制作人：常革新
第 3 章 数据链路层
课前提问 1. 局域网有那些特点？哪些种拓扑结构？ 2. 共享信道有哪两种介质访问控制技术？ 3. 试解释CSMA/CD协议？ 4. 以太网的争用期是多少？ 5. 扩展局域网需要哪些设备？
课件制作人：常革新
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层
课件制作人：常革新
令牌总线(Token Bus)技术
1. 拓扑结构
总线型拓扑——物理拓扑为总线型拓扑，而 逻辑拓扑为令牌环拓扑。
2. 工作原理
仍由令牌控制发送数据。令牌的传递是由高地 址向底地址传递，从而在总线上形成一个逻辑 环。
总线
课件制作人：常革新
3.5 扩展的局域网
3.5.1 在物理层扩展局域网 3.5.2 在数据链路层扩展局域网
发生碰撞
占用期
争用期 争用期
2τ
2τ
… 争用期
发送成功
t
2τ
T0
发送一帧所需的平均时间
τ
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信道利用率的最大值 Smax
在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据 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。
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令牌环网的拓扑结构
令牌环(Token Ring)网的拓扑结构是环形 网，各站点通过多站访问单元(MAU)与环连接， MAU的两个末端端口分别称为入环和出环端口。 在使用屏蔽双绞线条件下的一个网络上最多可 连接260个工作站。
MAU
MAU
MAU
M AU
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令牌环的工作原理
课件制作人：常革新
共享媒体技术
静态划分信道 频分复用、时分复用、波分复用和码分复用
动态媒体接入控制（多点接入） 随机接入 随机接入的特点是所有的用户 可随机地发送信息。如以太网的CSMA/CD。 受控接入 受控接入的特点是用户不能随 机地发送信息而必须服从一定的控制。如令 牌环网的Token Ring。
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以太网的争用期
争用期 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多
经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）就可
知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。
以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或
碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才
能肯定这次发送不会发生碰撞。
课件制作人：常革新
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层
局域网最主要的特点： 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站
点数目均有限。 局域网的技术要素： （1）网络拓扑结构 （2）介质访问控制方法
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局域网的拓扑结构
集线器
总线网
匹配电阻
共享媒体 星形网
干线耦合器
环形网
树形网
集线器 RJ-45 插头 两对双绞线
课件制作人：常革新
星形拓扑的以太网
集线器的特点：
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
集线器很像一个多 器
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
实际上“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检 测信道上信号的电压值的变化。 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上 的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定 的门限值时，就认为总线上至少有两个站同 时在发送数据，表明产生了碰撞。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞 检测”也称为“冲突检测”。
具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
CSMA/CD 表示 载波监听多点接入/碰撞检测。 “多点接入”表示许多计算机以多点接入的 方式连接在一根总线上。 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前 先要检测一下总线上是否有其他计算机在发 送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以 免发生碰撞。 “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测 信道上是否有“碰撞”发生。
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
强化碰撞 A
A 发送数据
TB A 检测 到冲突