以太网课件

计算机网络第五章局域网5.3以太网Ethernet一、释名：以太（英语：Luminiferousaether、aether或ether），或译乙太，光乙太，是古希腊哲学家亚里斯多德所设想的一种物质，为五元素之一。19世纪的物理学家，认为它是一种曾被假想的电磁波的传播媒质。但后来的实验和理论表明，如果不假定“以太”的存在，很多物理现象可以有更为简单的解释。也就是说，没有任何观测证据表明“以太”存在，因此“以太”理论被科学界所抛弃。————维基百科以太的特性：传输介质普遍存在一、释名：命名原因：一、释名：最早的Ethernet原理设计图二、以太网的诞生和发展1、1969年，夏威夷大学的NormanAbramson设计了无线分组广播网ALOHA。这是随机争用技术的起源。2、1972年Xerox公司PARC研究员BobMetcalfe和助手DavidBoggs开发出基于ALOHA思想的实验性局域网络，传输速率达到2.94Mbps，并于次年命名为Ethernet。二、以太网的诞生和发展以太网之父BobMetcalfe二、以太网的诞生和发展3、1976年BobMetcalfe发表了具有里程碑意义的论文《Ethernet:DistributedPacketSwitchingforLocalComputerNetworks》4、1977年BobMetcalfe获得以太网专利，1978年获得以太网中继器专利。5、1979年BobMetcalfe离开Xerox，创立3COM公司，致力于以太网产品的研发和推广。二、以太网的诞生和发展6、1980年，Xerox、DEC与Intel联合宣布EthernetV1.0规范。次年发布EthernetV2.0规范。7、1982年以太网被IEEE接纳，在EthernetV2.0规范基础上发布了IEEE802.3标准。8、1990年以太网的10BASE-T标准发布，双绞线成为以太网的新介质，同年以太网交换机问世。三、传统以太网的类型1、10BASE-5粗缆以太网主机箱收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器使用直径为0.4英寸、阻抗为50Ω粗同轴电缆，最大网段长度为500m。基带传输方法，拓扑结构为总线型。10BASE-5组网主要硬件设备有：粗同轴电缆、带有AUI插口的以太网卡、中继器、收发器、收发器电缆、终结器等。三、传统以太网的类型2、10Base-2细缆以太网使用直径为0.2英寸、阻抗为50Ω细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法，拓扑结构为总线型；10Base-2组网主要硬件设备有：细同轴电缆、带有BNC插口的以太网卡、中继器、T型连接器、终结器等。主机箱BNCT型接头BNC连接器插口三、传统以太网的类型3、10BASE-T双绞线以太网主机箱双绞线集线器RJ-45插头使用双绞线电缆，最大网段长度为100m。拓扑结构为星型；10Base-T组网主要硬件设备有：3类或5类非屏蔽双绞线、带有RJ-45插口的以太网卡、集线器、交换机、RJ-45插头等。三、传统以太网的类型传统以太网抽象模型四、竞争MAC方式MAC方式令牌竞争ALOHAS-ALOHACSMACSMA/CD(以太网)冲突(crash):两个以上站点同时使用共享介质发送数据。四、竞争MAC方式1、ALOHA系统P-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;在P-ALOHA系统中，任何时间有一用户要发送信息时，立即以定长信息包形式，将欲发送出去的信息送上信道。即用户以随机方式抢占信道。因为信道是广播式的，如果没有冲突出现，则认为是成功发射；若通信用户和其它用户发生冲突，信息包和一个或更多其它用户信息包重迭，则发射失败，必须重发。四、以太网的MAC方式2、S-ALOHA在S-ALOHA系统中，信道时间分成许多时隙。信包传送时间T精确的等于时隙宽度。也就是说，信包必须是定长的，且不得大于时隙宽度。系统中的所有用户都必须在时隙的开始时刻，即时地发射其信包。主时钟的同步信息要向所有用户广播，以使网内所有用户都与主时钟同步。只要在一个信息包长时间内，或一个时隙中，无两个或两个以上的信包到达信道，就可成功发射。这是一种降低冲突的有效措施。与P-ALOHA相比，系统性能有所改进。四、竞争MAC方式ALOHASALOHAPa呼叫量ca通过量05.012344.03.02.01.0效率分析四、竞争MAC方式3、CSMA载波监听（CarrierSense）站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。多路访问（MultipleAccess）多个用户共用一条线路四、竞争MAC方式载波监听可有以下几种方式：1坚持CSMA方式非坚持CSMA方式P坚持CSMA方式四、竞争MAC方式1坚持型CSMA（1-persistentCSMA）原理•若站点有数据发送，先监听信道；•若站点发现信道空闲，则发送；•若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；•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；四、竞争MAC方式非坚持型CSMA（non-persistentCSMA）原理若站点有数据发送，先监听信道；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。优点：减少了冲突的概率；缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大；信道效率比1-坚持CSMA低，传输延迟比1-坚持CSMA大。四、竞争MAC方式p-坚持型CSMA（p-persistentCSMA）原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率q=1-p延迟至下一个时槽发送。若下一个时槽仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时槽被其他站点所占用；若信道忙，则等待下一个时槽，重新开始发送；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。效率分析四、竞争MAC方式4、带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD引入原因当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD。四、竞争MAC方式CSMA/CD的发送流程可以概括为：先听后说边说边听冲突停止延迟重发四、竞争MAC方式先听后说（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。否则转到第2步。（2）如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。边说边听（3）在发送过程中，继续侦听信道。四、竞争MAC方式冲突停止（4）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串干扰（jam）信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。延迟重发（5）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。转到第1步。四、竞争MAC方式二进制指数退避算法τ＝2k·R·a其中：τ为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突窗口值，R为随机数;限定k的范围,k=min（n，10）;如果重发次数n10，则取k=n；如果重发次数n≥10时，则k取值为10;第n次重发延迟是分布在0与[2min（n，10）-1]个时间片之间，最大可能延迟时间为1023个时间片;在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程;当冲突次数超过16时，表示发送失败，放弃该帧发送。五、以太网帧格式目的地址和源地址字段类型字段数据字段帧校验字段目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500五、以太网帧格式1、MAC地址Ethernet地址=ManufactureID+NICID24bit+24bit公司：Cisco00-00-0cNovell00-00-1B00-00-D83Com00-20-AF00-60-8CIBM08-00-5A典型的Ethernet地址：00-60-8C-01-28-12000000001010000010001100000000010010100000010010五、以太网帧格式2、以太网帧长度约束最小长度：64Byte最大长度：1518Byte六、以太网的特点简单半双工存在冲突实时性差无优先级重负载下效率低