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

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。

违例编码法：检查总线上的波形是否符合曼彻斯特编码规则，不符合说明有冲突。

(c)冲突解决方案

发现冲突，停止发送如果发送数据的过程中检测出冲突，为

解决信道争用冲突，发送结点停止发送，随机延迟后重发的流程。

随机延迟后重发的第一步：发送冲突加强信号，目的是延续冲突的持续时间，使得网络中的所有结点都能检测出冲突的存在，并立即丢弃冲突帧，提高信道利用率。

随机延迟重发。以太网协议规定每帧的最大重发次数不得超过16次，若超过则认为线路故障。为公平解决信道争用问题，需要确定后退延迟算法。典型的CSMA/CD采用二进制指数退避算法，退避延迟时间计算为：t=2kRa 。其中：a是冲突窗口大小，R是随机数，k为冲突次数，定义k的最大值，一旦k是最大值时是最后一次发送。每次的延迟时间都会根据公式求出。

以太网中任何结点都需要通过CSMA/CD方法争取总线使用权，从准备发送到成功发送时间不确定。因此又称为随机争用介质访问控制方法。简单易实现。

(2)以太网帧结构

前导码(7B)与帧前定界符字段：用于接收同步阶段。

目的地址与源地址(6B)：分别表示帧的接收节点地址与发送节点的硬件地址。

类型字段：表示网络层使用的协议类型。

数据字段(46B15000B)：是高层待发送的数据部分。

帧校验字段：采用32位的循环冗余校验。校验范围：目的地址、源地址、长度、LLC数据。

(3)以太网接收流程

如果一个结点利用总线成功发送数据，其它结点都应该处于接收状态。所有结点只要不发送数据，就应该处于接收状态。一个结点接收帧，首先判断帧的长度。(规定了最小长度，若小与最小长度，冲突，丢弃该帧，结点重新进入接收状态)。如果没有冲突，结点接收帧后首先检查帧的目的地址。(目的地址单一地址或组地址或广播地址，属于自己则保留，否则丢弃)。地址匹配后确认是自己应该接收的帧，进一步进行CRC校验。如果校验正确，则进一步检测LLC数据长度是否正确。出错则报告帧长度错，否则报告成功接收，进入结束状态。如果检验出错，首先判断该帧是否是8为的整数倍，是，表示没有丢失位，则记录帧检验错，否则报告帧位错，进入结束状态。

以太网协议将接收出错分为3类：帧检验错、帧长度错与帧位错。

3.以太网的实现方法

每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据

为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点

目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧

4.以网的物理地址

IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。即MAC地址(物理地址)，MAC地址为6字节(48位)。MAC地址的前3个字节(高24位)由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配给每

一块网卡。网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的MAC地址。