局域网学习笔记(3)

2019-03-10 18:34

3.目的地址(DA)

为MAC的物理地址,共6字节。又分为单地址、多地址和广播地址。 (1)单地址:最高位是“0”;

(2)多地址和广播地址:最高位是“1”。(广播地址时,DA同时为全“1”代码) 4.源地址(SA) 同上

5.类型(TYPE)

主要说明高层所使用的协议类型,如IP地址。 6.数据区(DATA)

它的范围为:46~1500字节,如不够46字节,则必须填充到46字节。 7.帧检验序列(FCS)

FCS是通过计算除前导码、SFD和FCS以外的内容得到的。 2.4.2 以太网与IEEE802.3(CSMA/CD标准)帧结构的比较 7 1 6 6 2 46~1500 4

前导码帧首定界符(SFD)目的地址(DA)源地址(SA)类型 (TYPE)数据区(DATA)帧检验序列(FCS) 以太网帧结构

7 1 2/6 2/ 6 2 46~1500 0~46 4

前导码帧首定界符(SFD)目的地址(DA)源地址(SA)长度(L) 逻辑链路层协议单元LLC—PDU填充字段 PAD帧检验序列(FCS) IEEE802.3(CSMA/CD标准)帧结构

说明:如果LLC—PDU<46字节,则发送站的MAC子层自动填“0”代码于填充段PAD中。 以太网与IEEE802.3的区别: 比较以太网IEEE802.3

数据段直接为网络层的分组为LLC—PDU

长度/类型类型(值大于1536D)长度(值小于1536D)

以太网帧IEEE802.3帧

DA段在最高位有意义:区分单址还是多址在最高两位有意义次高位“0”:全局管理次高位“1”: 局部管理广播地址DA段,次高位“1”DA段,次高位“1” 2.5 媒体访问控制技术 1.发送规则

2.碰撞槽时间(重点讲解)

假设公共总线媒体长度为S,帧在媒体上的传播速度为0.7C(光速),网络的传输率为R(bps), 帧长为L(bps),tPHY为某站的物理层时延; 则有:

碰撞槽时间=2S/0.7C+2tPHY 因为Lmin/R=碰撞槽时间

所以:Lmin =(2S/0.7C+2tPHY )×R (注意,原书中有错!) Lmin 称为最小帧长度。

碰撞槽时间在以太网中是一个极为重要的参数,有如下特点: (1)它是检测一次碰撞所需的最长时间。 (2)要求帧长度有个下限。(即最短帧长) (3)产生碰撞,就会出现帧碎片。

(4)如发生碰撞,要等待一定的时间。t=rT。(T为碰撞槽时间) 3.接收规则

(1)网络上的站点,如不发送,则接收; (2)接收后,首先判断是否为帧碎片; (3)识别目的地址;

(4)判断FCS是否有效,若无效,丢弃;若有效,进行(5)步; (5)确定长度字段时长度还是类型,以0600H为界; (6)接收成功。解封后送到LLC层。 2.6 选学内容

2.6.1 以太网时隙(slot time) 1.为什么要设置时隙?

(1)在以太网规则中,若发生冲突,则必须让网上每个主机都检测到。但信号传播到整个介质需要一定的时间。

(2)考虑极限情况,主机发送的帧很小,两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻,B开始发送帧。

这样,当A的帧到达B时,B检测到了冲突,于是发送阻塞信号。

(3)但B的阻塞信号还没有传输到A,A的帧已发送完毕,那么A就检测不到冲突,而误认为已发送成功,不再发送。

(4)由于信号的传播时延,检测到冲突需要一定的时间,所以发送的帧必须有一定的长度。这就是时隙需要解决的问题。

2.下面我们来估计在最坏情况下,检测到冲突所需的时间

(1)在上图中,A和B是网上相距最远的两个主机,设信号在A和B之间传播时延为τ,假定A在t时 刻开始发送一帧,则这个帧在t+τ时刻到达B,若B在t+τ-ε时刻开始发送一帧,则B在t+τ时就 会检测到冲突,并发出阻塞信号。

(2)阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突,所以一帧的 发送时间必须大于2τ。

(3)按照标准,10Mbps以太网采用中继器时,连接最大长度为2500米,最多经过4个中继器,因 此规定对于10Mbps以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。

(3)51.2μs也就是512位数据在10Mbps以太网速率下的传播时间,常称为512位时。这个时间定 义为以太网时隙。512位时=64字节,因此以太网帧的最小长度为512位时=64字节。 3.冲突发生的时段

(1)冲突只能发生在主机发送帧的最初一段时间,即512位时=64字节的时段。 (2)当网上所有主机都检测到冲突后,就会停发帧。

(3)512位时是主机捕获信道的时间,如果某主机发送一个帧的512位时,而没有发生冲突,以后 也就不会再发生冲突了,称此为主机捕获了信道。

4.中继器与网桥和冲突的关系 (1)中继器和冲突的关系:

?中继器不能隔离冲突,所以把中继器相连的网段作为一个冲突域。

?冲突退避算法限制了每个主机的退避时间从1个时隙到最多210=1024个时隙,因此, 由中继器连接的多段以太网中,主机数一般不超过1024个。 (2)网桥和冲突的关系:

网桥能隔离冲突,因此,在主机数超过1024个时,可以通过网桥连接。 5.100Mbps和1000Mbps以太网的时隙 (1)100Mbps以太网的时隙:

100Mbps以太网的时隙仍为512位时,以太网规定一帧的最小发送时间必须为5.12μs。 (2)1000Mbps以太网的时隙

1000Mbps以太网的时隙增至512字节,即4096位时。 6.坚持退避算法

有三种CSMA坚持退避算法,如下图: (1)非坚持CSMA; ?假如介质是空闲的,则发送;

?假如介质是忙的,等待一段随机时间,重复第一步; (2)1-坚持CSMA; ?假如介质是空闲的,则发送;

?假如介质是忙的,继续监听,直到介质空闲,立即发送; ?假如冲突发生,则等待一段随机时间,重复第一步。 (3)P-坚持CSMA;

?假如介质是空闲的,则以P概率发送;而以(1-P)的概率延迟一个时间单位。时间单 位等于最大的传播延迟时间。

?假如介质是忙的,继续监听,直到介质空闲,重复第一步。 ?假如发送被延迟一个时间单位,则重复第一步。

7.三种方法的比较: 非坚持1-坚持P-坚持

优点当站点要发送时,只要介质空闲,就立即发送。降低1-坚持的冲突概 率,又减小介质浪费。

缺点即使有几个站有数据要发送,介质仍可能处于空闲状态。介质利用率低。 假如有两个或两个以上的站点有数据要发送,冲突就不可避免。P值的选择 非常重要。

2.6.2 载波监听多路介质访问/冲突检测(CSMA/CD)

载波监听多路介质访问/冲突检测协议已广泛应用于局域网。其方法是:

每个站在发送帧期间,同时有检测冲突的能力,一旦检测到冲突,就立即停止发送,并向总线上 发送一串阻塞信号,通知总线上各站冲突已发生,这样通道的容量不致因白白传送一损坏的帧而 浪费。

2.6.3 退避算法

在CSMA/CD算法中,在检测到冲突并发完阻塞信号后,为降低再冲突的概率,需等待一个随机过 程,然后再用CSMA算法发送。为了决定这个随机时间,采用称为二进制指数退避算法,算法如 下:

(1)对每个帧,当第一次发生冲突时,设置参量为L=2;

(2)退避间隔取1~L个时间片中的一个随机数,1个时间片等于2a(双向传播时间=2a, 即:a=0.5);

(3)当帧重复一次冲突时,则将参量L加倍;

(4)设置一个最大重传次数,超过这个次数,则不再重传,并报告出错。 2.7 物理层结构功能 2.7.1 编码和译码技术

计算机直接输出的码为不归零码(NRZ),在以太网的物理层媒体上传输帧的二进制码必须采用特 殊的编码。

在10BASEX上采用曼彻斯特码。优点为:


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