精品课件-现代通信网(郭娟)-第四章 以太网

数据链路层
RS
MII/GMII/ XGMII
PCS PMA PMD
传输介质
≥100Mb/s
物理层 MDI
2020/12/1
物理层规范
MDI：介质相关接口（Media Dependent Interface PMA：物理介质连接（Physical Media Attachment） PMD：物理介质相关（Physical Media Dependent） PCS：物理编码子层（Physical Coding Sublayer） MII: 介质无关接口（Media Independent Interface） RS：协调子层（Reconciliation Sublayer）
IEEE 802.2 逻辑链路控制。
IEEE 802.3 CSMA/CD，即以太网。
IEEE 802.4 令牌总线网。
IEEE 802.5 令牌8环02形.2 网LL。C
80I2E.3EE 880022.4.1180无2.5线局80域2.6网。802.8
MAC MAC MAC MAC MAC
802.11 802.12 MAC MAC
802.1
802.3 802.4 802.5 802.6 802.8 802.11 802.12 物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 物理层
2020/12/1
第4章 以太网
4.1 计算机局域网 4.2 以太网工作原理 4.3 共享式以太网 4.4 交换式以太网 4.5 高速以太网
1Gbit/s
1Gbit/s
1Gbit/s
10Gbit/s
通用名称
Xerox以太网 Ethernet I Ethernet II 10Base5(粗缆) 10Base2(细缆) 10BaseT 100BaseTX 100BaseFX
1000BaseSX
1000BaseLX
1000BaseT
10GbE
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局域网类型
令牌环网 Token Ring
令牌总线网 Token Bus
拓环形
总线型
现在 都是 以太 网了
以太网
总线
令牌
令牌
CSMA/CD
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4.1.2 局域网的参考模型
美国电气和电子工程师学会IEEE 802课题小组为计算机局域 网制定了许多标准，大部分得到国际标准化组织的认可。
原理图
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Ethernet的发展
第一阶段（1973—1982）：以太网的产生与
DIX联盟
第二阶段（1982—1991）：10Mb/s以太网发展成熟
第三阶段（1992—1997）：快速以太网的出现
第四阶段（1997—现在）：千兆、万兆级以太网
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4.2.2以太网的物理层
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Ethernet 帧结构
发送方网络适配器将IP分组 (或其它网络层分组) 封装到 Ethernet 帧中。
64到1518字节
字节 7
1
6
6
2
46到1500
4
PRE
SFD DA SA 类型
数据(PAD)
FCS
(a) Etnernet Ⅱ型帧
64到1518字节
字节 7
1
6
6
2
1
1
1
43到1497
“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大 小。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为 “冲突检测”。
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发送帧
CSMA/CD工作过程
装配帧
CSMA/CD含有两方面的 内容：载波侦听(CSMA)
Y 总线忙？ N
启动发送并检测冲突
和冲突检测(CD)。 四个步骤：
4
PRE
SFD DA SA 长度 DSAP SSAP 控制
数据(PAD)
FCS
字节 7 PRE
(b) 802.2/802.3 SAP 型帧
64到1518字节
1
6
6
2
1
1
1
5
SFD DA SA 长度 AA AA 03
SNAP
38到1492
4
数据(PAD)
FCS
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3 机构惟一标识符
OUI
2020/12/特1 殊地址
Ethernet 帧结构 Type: 2 字节
指明信息字段承载的高层协议，如 IP，Novell IPX， AppleTalk等。
FCS: 4字节 CRC 计算时不含前导码 在接收方检测，如果发现错误，则简单丢弃帧
2020/12/1
MAC帧实例（1）--单播以太帧 2020/12/1
现代通信网 Modern Communication Networks
第4章 以太网
4.1 计算机局域网 4.2 以太网工作原理 4.3 共享式以太网 4.4 交换式以太网 4.5 高速以太网
2020/12/1
4.1 局域网的概念 LAN：Local Area Network 技术特点
有限的地理范围； 较高的数据传输速率(10M~40G/100GMb/s)、低误码率
2020/12/1
冲突域和广播域
共享介质型局域网中，可能发生冲突的区域称为冲突域。在一个冲突域中， 同时只能有一个站点发送数据。
以Hub为核心的10Base-T网中所有的站点都在同一个冲突域。 另外，当局域网上任意一个站点发送广播帧时，凡能收到广播帧（目的MAC
地址为全1）的区域称为广播域。 Hub连接的所有站点也处于同一个广播域。
N
Y
检测到冲突？
冲突加强
侦听(监听)总线 冲突检测(碰撞检 测) 冲突加强，停止发 送 重新发送数据
N 发送完成？ Y
结束
冲突次数 N=N+1
Y 冲突次数 >16? N
计算后退延 迟时间
延迟时间到
2020/12/1
1) 侦听(监听)总线 查看信道上是否有信号是CSMA系统的首要问题。各个站 点都有一个“侦听器”，用来测试总线上有无其他工作 站正在发送信息(也称为载波识别)。 如果信道已被占用，则此工作站等待一段时间后再争
(<10-8) ； 一般属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展。 主要技术要素 网络拓扑结构 传输介质 介质访问控制方法
2020/12/1
局域网的拓扑结构
介质访问控制技术
共享介质 随机接入
用户随机地发送信息。采用这种方法时，需要解决由于多个用 户同时发送数据导致的冲突问题
令牌方式 用户只有在得到令牌时才可以发送数据。采用这种方式时，需 要合理地给用户分配令牌
OSI参考模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层 物理层
IEEE802参考模型 高层协议
逻辑链路控制LLC 介质访问控制MAC
物理层 传输介质
LLC业务 访问点
IEEE 802 标准 的范 围
2020/12/1
局域网的参考模型
物理层 负责比特流的传输。
数据链路层 完成必需的同步、差错控制和流量控制等功能，保证帧的 可靠传输。 媒体接入控制MAC(Logical Link Control)子层，负责所 有与接入传输媒体有关的内容 逻辑链路控制LLC(Medium Access Control)子层，与传
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4.3.1 CSMA/CD
CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。
“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。
同轴(RG-11)
同轴(RG-58) 3类UTP 5类UTP 多模光纤 单模光纤 62.5µm多模光纤 50µm多模光纤 50µm多模光纤 10µm单模光纤
5E或6类UTP
50µm多模光纤 10µm单模光纤
2020/12/1
物理层规范
PLS
AUI MAU MDI
PMA
传输介质
10Mb/s
LLC子层 MAC子层
取发送权； 如果侦听总线是空闲的，没有其他工作站发送的信息
就立即抢占总线进行信息发送。
2020/12/1
2) 冲突检测(碰撞检测) 碰撞的发生 当信道处于空闲时，某一个瞬间，如果总线上两个或两个 以上的工作站同时都想发送信息，那么该瞬间它们都可能 检测到信道是空闲的，同时都认为可以发送信息，从而一 齐发送，这就产生了冲突(碰撞)； 另一种情况是某站点侦听到信道是空闲的，但这种空闲可 能是较远站点已经发送了信包(由于在传输介质上信号传 送的延时，信包还未传送到此站点的缘故)，如果此站点 又发送信息，则也将产生冲突。
2020/12/1
以太网相关技术标准
年代
1973 1980 1984 1985 1985 1989 1995 1995
1998
1998 1999 2001
速率
3Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 100Mbit/s 100Mbit/s
Leabharlann Baidu
IEEE编号
DIX DIX 802.3 802.3 802.3 802.3u 802.3u 802.3z 802.3z 802.3ab 802.3ae
距离
? 500米 500米 500米
185米 100米 100米 400米
260米 550米 550米 5km
100米
65米 40公里
介质
同轴
同轴
同轴
MAC帧实例（1）--广播以太帧 2020/12/1
MAC帧实例（1）--单播802.3帧 2020/12/1
第4章 以太网
4.1 计算机局域网 4.2 以太网工作原理 4.3 共享式以太网 4.4 交换式以太网 4.5 高速以太网
2020/12/1
共享式以太网 总线式网络结构（逻辑结构） CSMA/CD介质访问控制方式 半双工方式 传统以太网 现在已被淘汰
2020/12/1
MAC地址 网卡上的硬件地址可用来标志插有该网卡的计算机。 路由器上，网卡上的硬件地址可用来标志插有该网卡
的路由器的某个接口。 路由器由于至少同时连接到两个网络上，因此它至少
有两块网卡和两个硬件地址。
1A-24-F6-54路-1由B-器0E00-00-A2-A4-2C-02
2020/12/1输媒体无关
局域网对 LLC 子层是透明的
网络层
逻辑链路控制 LLC 媒体接入控制 MAC
物理层 站点 1
LLC 子层看不见 下面的局域网
局域网
网络层
LLC
数据
MAC 链路层
物理层
站点 2
2020/12/1
局域网相关标准系列
IEEE 802.1 概述、系统结构和网络互连，以及网络管理和 性能测量。
2020/12冲/1突只有在发送信包以后的一段短时间内才可能发生， 因
2 类型
（c） 802.3/802.2 SNAP型帧
Ethernet 帧结构
Preamble: 7 个字节的 10101010 ，一个字节10101011 用于发送方和接收方的时钟同步。
Addresses: 6 字节 每个适配器在生产时分配一个全球唯一的地址： 制造商从IEEE申请地址空间 ▪ 24 bits identify manufacturer ▪ 例如 0:0:15:* 3com adapter 适配器可以收到LAN上的所有帧，如果地址匹配则送到 本地的网络层，否则则丢弃。
2020/12/1
以太网的发展背景 第一个使用的局域网技术，70年代开发于 Xerox PARC DIX：DEC-Intel-Xerox（DIX）Ethernet
DIX Ethernet I、Ethernet II与IEEE 802.3的关系 采用CSMA/CD多址接入技术 基带传输，廉价 不断的技术进步: 10M，100M，1G，10G，Me4t0c/a1l0f0eG的b以ps太网
2020/12/1
20-60-8C-C7-0785-020A-20-47-12F0--E640-8C-11-D2-F6
三种类型的 MAC 地址
三种类型的帧： 单播(unicast)帧 广播(broadcast)帧 多播(multicast)帧
以太网是共享介质，支持广播方式的通信，当一个站点发送 数据时，一个网段内的所有站点都会收到此信息。但只有发 往本站的帧，网卡才进行处理，否则，就简单的丢弃。
根据物理层介质和速率的不同，形成了一系列以太网标准 表示方式
<以Mbps为单位的传输速率> <信号调制方式> <以百米为单位 的网段的最大长度或传输介质>
传统以太网 10Base5、10Base2、10Base-T、10Base-F等。
高速以太网 IEEE 802.3u：100Mbps以太网 IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab：1000Mbps以太网