802.3协议基础

IEEE802.3协议


一种网络协议。描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现 方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方 式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。 早期的IEEE 802.3描述的物理媒体类型包括：10Base2、 10Base5、10BaseF、10BaseT和10Broad36等；快速以太 网的物理媒体类型包括：100 BaseT、100BaseT4、 100BaseX等。
FCS算法举例
具体算法： （1)G(x)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4 +X2+X+1

（2）nbit的帧被考虑为度为n-1的多项式M(x)的系数（DA的首 为Xn-1项，Data的末位对应X0项）。
（3）用X32乘M(x)再用G(x)除（模2运算），生成度<= 31的余 式R(x)。 （4）CRC臵入FCS字段，传输顺6字节
6字节
2字节
46-1500字节 DATA PAD
4字节
0-448
P
SFD
DA
SA
L/T
FCS E
Data and PAD 数据和填充字段， 46－1500字节，当此字段的数据小于46字 节时候，会用PAD字段进行补充， PAD=MAX[0, 最小帧长－8×(n个字节的数据＋2个地址字段DA和SA共12个字 节＋2个字节的L/T＋4个字节的FCS) FCS——frame check sequence,帧检验序列4个字节，CRC(cyclic redundancy check)循环冗余检验码。发送方计算机出的CRC值放在FCS中，接收方计算一 个CRC值进行比较，相同则正确 E——Extension扩展字段，仅仅用于千兆网中，为了扩大最小帧传送相关的载 波事件的时间，载波通过附加非数据信号来进行扩展，扩展的最大长度为 Extension=slot time-minFrameSize 比如在1000Mbp/s时： Extension＝4096 bits－512 bits＝3584 bits(448字节）
IEEE 802.3
Alan Qiu
IEEE802系列协议





802.1--高层及其交互工作。提供高层标准的框架，包括端到 端协议、网络互连、网络管理、路由选择、桥接和性能测量。 802.2--连接链路控制LLC，提供OSI数据链路层的高子层功 能，提供LAN 、MAC子层与高层协议间的一致接口。 802.3--以太网规范，定义CSMA/CD标准的媒体访问控制 （MAC）子层和物理层规范。 802.4--令牌总线网。定义令牌传递总线的媒体访问控制 （MAC）子层和物理层规范。 802．5--令牌环形网。它定义了令牌传递环形网的MAC子 层和物理层的规范。




MAC子层的两个主要功能： 一、数据封装（ 传输和接收） 二、介质访问管理 介质分配（冲突避免） 组帧（帧边界界定，帧同步） 争用解决（冲突处理） 寻址（处理源地址和目的地 址） 帧发送和接收流程 错误检测（检测物理介质传 输错误）


无争用传输
当MAC客户请求帧传输时，CSMA/CD MAC子层的传输数据封装组件 构造帧，然后提交帧至传输介质访问管理组件来传输。在半双工模式下，通 过侦听载波信号来避免冲突。全双工模式下，不需要传输介质访问管理来避 免争用。
1 CFI
12bit VLAN ID
USER PRIORITY:用户优先级(0-7);当Tagged帧具有相同优先级时，他们平分式的 传输；如果不同优先级的帧，则先传送优先级高的帧，再传送优先级低的帧。 CFI:Canonical Format Indicator =0表示规范格式，用于以太网，＝1表示非规范格 式 Vid:12 bit的VID总共可以表示4094个不同的VLAN（ “全0”和“全1”的情况有特殊的 规定)
P
S F D
D A
S A
LENGTH/TYPE =802.1Q Tag Type
TAG CONTROL INFORMATION
MAC CLIEN T L/T
DATA PAD
FCS
E
0 1
1 0
2 0
3 0
4 0
5 6 7 0 0 1
0 0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
3 USER PRIORITY
FCS算法举例

例：已知：待发送数据：M=11010010110 生成多项式：P(x)=x4+x2+1 ∴ P=10101 Q= 24M =110100101100000 用Q除以P得出余数R：0111，即: CRC=0111 在接收数据时，接收方根据帧中字段计算出CRC的值，然后 和帧字段中的FCS值进行比较，如果相等，则证明传输正确。






802.6--城域网MAN，定义城域网（MAN）的媒体访问控制 （MAC）子层和物理层规范(DQDB分布队列双总线)。 802．7--宽带技术。 802．8--光纤技术。 802．9--综合话音数据局域网。 802．10--可互操作的局域网的安全。 802．11--无线局域网。 802，12--新型高速局域网（100 Mb／s）。 现在IEEE的标准802．1～802．6已成为ISO的国际标准 ISO8802-1～8802-6。
MAC层功能： a 发送时将数据组装成带有地址和差错检测字段的帧 b 接收时拆卸帧，完成地址识别和差错检测 c 管理链路上的通信 LLC层的功能： 提供一个或多个SAP服务访问点（2相邻层间的逻辑接口） 主要是提供的是与网络层的接口。

两种MAC帧结构

基本帧结构（a basic MAC frame format） 带前缀帧（ an extension of (a) for Tagged MAC frame ）


无争用接收
在接收站点，到达的帧首先被物理层检测。同时打开receiveDataVaild信号， 信号通过介质时被翻译成二进制数。将帧交给上层的MAC子层，丢弃前同 步信号和SFD，并检验帧的DA和CRC
CSMA/CD


Ethernet使用具有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD） 方法。 它是一种介质访问机制。准备发送数据的设备在发送之前首 先检查传输通道上是否有载波。如果在一个特定的时间内没 有监测到载波，网络设备可以开始发送。如果两个设备同时 开始发送，会发生冲突，两台发送数据的设备都会监测到冲 突的发生。冲突导致在随机时间之后的重新发送。以太网和 IEEE 802.3都采用CSMA/CD访问控制方式。 CSMA/CD工作方式：先听后发、边发边听、冲突停止、延迟 重发。
OX 01 75 8A 73 0C 01 组播地址 最高（左）第一字节的二进制表示为： 0000 0001 第一位（最右位）=1 组播 第二位=0 全局管理
此地址的二进制表示为 0000 0001 0111 0101 1000 1010 0111 0011 0000 1100 0000 0001 传输顺序为：以太网上传送8位（字节）信息的顺序是从最左端的8位，到最右端 的8位，但在8位内部（Bit）的传送顺序是先低位，后高位。 1000 0000 1010 1110 0101 0001 1100 1110 0011 0000 1000 0000
MAC子层工作的模式

半双工模式：基于CSMA/CD的介质访问方法。两个或更多的站点共享一个传输 介质，一个站点会等到其它站点没有传输时，以连续比特流的形式发送信息。 如果发生冲突，站点会继续传输一段时间来确保冲突到达整个系统(发送jam 信号），然后回退随机时间准备重传。

全双工模式：在点对点介质段的一对设备间进行同步通信，点对点介质段提 供了独立的发送和接收数据的路径。全双工模式不需要传输介质访问管理单 元避免冲突但必须满足以下条件： 1.物理介质支持无干扰的同时传送与接收。 2.两站点以点对点的全双工方式连接。 3.两站点都支持并被配臵为全双工操作方式
以太网
Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域 网（LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同 轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问 （CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。以太 网具有的一般特征概述如下： 共享媒体：所有网络设备依次使用同一通信媒体。 广播域：需要传输的帧被发送到所有节点，但只有寻址到 的节点才会接收到帧。 CSMA/CD：以太网中利用载波监听多路访问/冲突检测方 法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection） 以防止 更多节点同时发送数据。 MAC 地址：媒体访问控制层的所有 Ethernet 网络接口卡 （NIC）都采用48位网络地址。这种地址全球唯一。
MAC

MAC概述：Media Access Control介质访问控制 该协议位于OSI七层协议中数据链路层，数据链路层分为上 层LLC（逻辑链路控制），和下层的MAC（媒体访问控制）， MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的 时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以 发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息 以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议 首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误， 则去掉控制信息发送至LLC（逻辑链路控制）层。

7字节
1字节
6字节
6字节
2字节
46-1500字节
4字节
0-448