局域网络和媒体访问协议PPT课件.ppt

可编辑 1 中科院研究生院在职研究生班计算机网络课程 可编辑 2 第四单元局域网络和媒体访问控制 1 4 1局域网络的体系结构4 2逻辑链路控制4 3CSMA协议 持续和非持续CSMA 有冲突检测的CSMA4 4以太网4 4 1基带和宽带LAN4 4 210Mbps以太网线缆4 4 3IEEE802 3媒体访问控制方法4 4 4IEEE802 3MAC帧结构4 4 5快速以太网100BASE T4 4 6千兆位以太网和万兆位以太网 可编辑 3 第四单元局域网络和媒体访问控制 1 像以太网这样的局域网络适用于诸如单个办公楼 仓库或校园这样有限的地理范围 通常跨越一个较短的距离 但以比广域网络高得多的速率进行数据传送 将一个网络限制在物理上较小的区域之内 比如一个楼房或一组楼房 可以减少从网络上一台计算机发送数据到最远处计算机的时延 一般说来 局域网 LAN 有3个主要特征 1 它们跨越一个物理上有限的距离 一般在10公里以内 2 以短的距离获取高数据率 3 它们为一个单位或组织拥有 可编辑 4 第四单元局域网络和媒体访问控制 1 传统的局域网还是一个共享媒体的对等型通信网络 任一站发送的报文都以广播的形式传输 连接到共享媒体的所有其它站都可以收到报文 因此 LAN生来是不具有保密性的 连接到LAN的任何两个站都可以直接使用公共物理媒体进行点到点的通信 而不需要任何中间交换节点 另外 为了仲裁对共享媒体的使用权 在协议体系结构中总是需要有一个媒体访问控制子层 可编辑 5 4 1局域网络的体系结构 第一单元中我们曾介绍过 在OSI依赖于网络的层次中包括物理层 数据链路层和网络层 现在我们来看一看局域网的运行需要些什么层次 传统的局域网有两个重要的特征 第一 它用带地址的帧来传送数据 第二 不存在中间交换 所以不要求路由选择 在以后的讨论中 我们将会看到 在环形局域网中使用转发器 在基带局域网中也可以使用中继器或桥接器 但它们都不含路由选择功能 局域网的这两个特征基本上确定了上述问题的答案 可编辑 6 4 1局域网络的体系结构 虽然网络提供了物理层至网络层的3层服务 但由于局域网的特征 却允许在OSI的两个层上实现这些服务 图4 1示出了IEEE802委员会所描述的局域网体系结构与OSI的对比 局域网的数据链路层提供的功能 与接受来自所连接站的发送信息以及交付所接收的信息给所连接的站有关 这些功能包括 1 提供一个或多个服务访问点 SAP SAP是两个相邻层之间的逻辑接口 2 发送时将数据组装成带有地址和差错检测段的帧 3 接收时拆卸帧 执行地址识别和差错检测 4 管理链路上的通信 可编辑 7 4 1局域网络的体系结构 可编辑 8 4 1局域网络的体系结构 IEEE802委员会将第1项功能定义为逻辑链路控制 LLC 子层 后3项功能则被放在另一个独立的子层 称为媒体访问控制 MAC 之所以这样划分 一方面是在传统的数据链路控制中缺少对包含多个源和多个目的地的链路进行访问管理所需要的逻辑 另一方面在局域网上同一LLC可以有几种MAC方式的选择 在最低一层即物理层上的功能比较明确 包括 1 信号的编码 译码 2 前导码 前缀 的生成 除去 用于同步 3 比特的发送 接收 另外 802模型的物理层还包括对传输媒体和拓朴结构的说明 一般而言 这被认为是位于OSI模型最低层下面的 然而 由于传输媒体和拓朴结构的选择对LAN设计至关重要 所以也被包括在LAN协议的描述中 可编辑 9 4 2逻辑链路控制 LLC子层用于由IEEE802及FDDI规定的所有媒体的访问控制 MAC 标准 提供LLC用户之间通过MAC子层进行数据交换的手段 LLC服务都用原语及参数进行定义 这些原语和参数在提供LLC服务的LLC实体和以LLC服务访问点 SAP 标识的LLC用户之间进行交换 IEEE802 2逻辑链路控制 LLC 标准与媒体访问控制 MAC 标准一起执行数据链路层的功能 可编辑 10 4 2逻辑链路控制 802 2标准总的说来是基于HDLC数据链路控制协议 但又不是HDLC的帧结构 HDLC关于位填充 标志和中止序列的过程不适用于局域网 因此被LLC删除 LLC使用链接服务原语与网络层通信 使用媒体访问原语与MAC子层通信 并且通过传送LLC协议数据单元与通信子系统中的对等LLC实体通信 可编辑 11 4 2逻辑链路控制 在使用IEEE802 2LLC时 HDLC的地址和控制段包含在MAC帧格式数据段的开始位置 HDLC的信息帧用于面向连接的操作 而无编号帧则用于不需要确认的无连接操作 LLC对HDLC的异步平衡方式作了若干修改 其中包括 对于地址和控制段使用扩展格式 模128编号 使用16位地址段 两个8位 存放源和目标地址 加入新帧UI Test和XID 可编辑 12 4 2逻辑链路控制 LLC协议都使用同样的PDU格式 它包括4个字段 DSSP段 SSAP段 控制段和信息段 有两个8位地址段 目标服务访问点 DSAP 段和源服务访问点 SSAP 段 表示上层即网络层协议 每个地址段包括1个7位地址及1个控制位 在DSAP段 控制位标示它是单地址还是组地址 在SSAP段 控制位标明此PDU是命令还是响应 可编辑 13 4 2逻辑链路控制 可编辑 14 4 2逻辑链路控制 LLC协议的控制段标识特别的PDU 并表示各种控制功能 其长度可以是8位或16位 取决于PDU的类别 16位用于包括顺序编号的格式 即信息帧和监控帧 8位用于不包括顺序编号的格式 即无编号帧 一个PDU能从两个方面来表征 一方面看它是命令还是响应 另一方面看它是信息传送PDU 监控PDU还是无编号PDU 信息段的长度等于或大于零 但其位数必须是8的整数位 其上限依赖于所使用的介质访问控制方法 可编辑 15 4 2逻辑链路控制 LLC协议使用3种无编号PDU UI XID及TEST UI用于发送用户数据 这里不存在确认 流量控制或差错检测机制 不过MAC子层有差错检测及丢弃功能 因而 不能保证UI一定会成功地被接收 XID用于交换身份标识 可用XID在两个站之间交换标识以及两个站的特征 能力 其信息段的实际设计依赖于具体的实现 TEST用于指挥对两个LLC实体间的传输通路进行环回测试 根据接收到的TEST命令 被寻址的LLC实体应尽快发出 递交给MAC进行传送 TEST响应 对于所有无连接无确认操作的PDU 控制段中的P F均无特殊意义 在UIPDU中 P F位总是置成O 在XID及TEST命令中 它可置成O或1 要求在相应的响应中使用同样的值 可编辑 16 4 2逻辑链路控制 LLC也支持连接方式服务 它使用3种PDU格式 信息传送PDU 用于传送用户信息 和HDLC信息帧的概念一样 使用N S 和N R N S 标示当前发送的PDU的序号 N R 是对已收到的PDU的 稍带 确认 表示LLC实体所期望接收的下一个PDU的编号 监控PDU 用于确认 流量控制及差错控制 正如HDLC监控帧那样 LLC监控PDU不包含数据段 而且不使用N S 但使用N R 表示发送该PDU的站下一个要接收的PDU的编号 确认以前收到的直至编号N R 1的所有PDU 无编号PDU 用于连接建立 连接终止及其它控制功能 这种PDU不使用N S 和N R 不能通过N R 来应答确认 但可通过适当的PDU进行应答 也可以通过置方式命令影响计数器 可编辑 17 4 2逻辑链路控制 LLC连接建立协议响应来自上层用户的 DL CONNECT 请求 而尝试实现连接建立 接收服务请求的LLC实体发出一个SABME 用于置扩展的异步平衡方式的PDU 在HDLC中此命令是用于选择异步平衡方式 包括两个对等层实体选择7位扩充编号 远端对等层LLC实体接收到SABME后 向上传递一个 DL CONNECT 指示 原语给指定的DSAP上的用户 如果被DSAP所标识的LLC用户接受连接请求 它就发出一个 DL CONNECT 响应 原语 然后目标LLC目标实体即回送一个UA至源发方LLC实体 当源LLC实体收到了UA时 知道对方接受连接 于是该LLC实体便向源LLC用户传送一个证实原语 此后该连接就唯一地被该对用户的SAP所标识 如果目标LLC用户拒绝连接请求 其LLC实体就返回一个DM 于是源发方LLC实体通知其用户连接请求被拒绝 可编辑 18 4 2逻辑链路控制 LLC面向连接的数据传送 当连接请求被接受和得到证实时 连接建立完成 然后 双方就可以用信息PDU来发送用户数据 信息PDU中的N S 和N R 段为序号 以128为模采取连续编号 使用的序号从0开始 并支持稍带确认的滑动窗口流量控制和回退N式ARQ差错控制 窗口值是127 RR通过标示所期望接收的下一个PDU的编号来确认最后接收到的一个PDU 当无反向信息量可实现 稍带 确认时便使用RR 当一个发送了的PDU在指定的时间间隔内仍未被确认时 也可使用RR命令来引发对方的确认 像RR一样 RNR也可用来确认PDU 但它同时要求发送方暂停PDU的发送 当目标站再次准备好接收时 便发出一个RR清除 接收未就绪 状态 REJ用于表示带编号N R 的PDU被拒绝 因此该PDU以及任何后继发送的信息PDU都必须重发 REJ中的N R 也用于确认已收到的编号直到N R 1为止的各信息PDU 可编辑 19 4 2逻辑链路控制 LLC面向连接的数据传送 续 任何一个LLC实体 或者由于自身的原因 或者响应用户的 DL RESET 请求 原语 都可能发起重置操作 一个LLC实体在一个特定连接上通过向对方的LLC实体发送SABME请求重置 远端的LLC实体用 DL RESET 指示 将该请求传递给对应的用户 该远端用户可以选择接受重置 从而导致其LLC实体用UA应答 或者选择拒绝重置 导致其LLC实体用DM回答 重置时 双方把它们的发送和接收序号重置为零 任何未处理完的信息PDU都可能丢失 恢复则是较高层的任务 可编辑 20 4 2逻辑链路控制 LLC连接的释放 断连 任何一个LLC实体 或出于自身的原因 或响应用户的 DL DISCONNECT 请求 原语 都可能启动断连 一个LLC实体在一条特别连接上通过向对方的LLC实体发送DISCPDU来启动断连 远端的LLC实体必须接受断连 以UA应答 并向其用户发出 DL DISCONNECT 指示 原语 同样 对未处理完的各个PDU不作规定 它们的恢复是较高层的任务 可编辑 21 4 2逻辑链路控制 LLC协议面向连接的操作在命令PDU中 P F位称为轮询位 P位 而在响应PDU中 P F位称为最后位 F位 P位用于请求来自另一端的响应 当LLC实体发出带P位置1的命令PDU时 接收方LLC实体收到后必须尽快发出带F位置1的响应PDU 此P F位提供了直接的命令 响应联系 这对保持互相了解连接状态是有益的 例如 假定LLC实体A向实体B发送信息PDU 由于某种原因 A未能收到对一个PDU的响应 并且超时了 这可能是A发送的最后一个PDU被丢失 也可能是B发送的最后一个确认丢失 此时 A可以发送一个带P位置1的监控PDU 根据本地状态可为RR RNR或REJ 强制B用适当的PDU RR RNR REJ或I 予以响应 并且F位置1 N R 等于期望的下一个信息PDU的编号 可编辑 22 4 3CSMA协议 在今天的局域网上使用的传输媒体有许多都是共享型的 术语广播 多路访问通道和随机通道都被用来指称在多个设备之间共享的传输媒体 从起初的点到点网络向共享媒体的演变始于上个世纪60年代后期和70年代早期局域网的开发 新的设计建立了共享传输媒体的环境 一旦采用了共享媒体 就需要有某种方法确定哪个设备在什么时间和多长时间对媒体有访问权 此外 每个设备都需要有发送的机会 因此所有的设备都能够以适宜的方式进行通信 由这些问题随后引发出多种不同的局域网 LAN 类型 它们主要在诸如调制技术和电压这样的物理方面以及诸如如何共享媒体这样的访问机制上有所不同 OSI数据链路层的媒体访问控制 MAC 就是确定设备怎样得到对媒体的访问的一类协议 可编辑 23 4 3CSMA协议 在一个分布式访问的网络中 所有的设备都遵从特定的过程 并且一道工作以取得对传输媒体的访问 CSMA 载波感应多路访问 方法结合使用了一种各个设备可以使用的检测媒体是否正在被使用的机制 如果一个要发送的站 听到 在媒体上有分组在传送 该站在可以发送之前必须等待 否则 如果这个站开始发送 就会发生冲突 在CSMA机制中 每个设备都包含载波感应技术 以确定传输媒体是否在使用之中 载波感应系统根据在传输媒体上是否存在电压或其它形式的能量来确定通信通道是处于忙状态还是闲状态 可编辑 24 4 3CSMA协议 持续和非持续CSMA 采用CSMA 需要一种算法来决定当发现媒体忙时如何处理 常用的有3种算法 第一个载波侦听协议叫做1 持续CSMA carriersensemultipleaccess 当一个站点要传送数据时 它首先侦听信道 看是否有其它站点正在传送 如果信道正忙 它就持续等待 直到当它侦听到信道空闲时 就立即将数据送出 若发生冲突 站点就等待一个随机长的时间 然后重新开始 此协议就叫做1 持续CSMA 因为站点一旦发现信道空闲 其发送数据的概率是1 可编辑 25 4 3CSMA协议 持续和非持续CSMA 第二个载波侦听协议是非持续CSMA 在该协议中 在发送之前 站点会侦听信道的状态 如果没有其它站点在发送 它就开始发送 但如果信道正在使用之中 该站点将不再继续侦听信道 而是等待一个随机的时间后 再重复上述过程 凭直觉 这种协议会比1 持续CSMA协议的信道利用率高 但时延可能会长些 可编辑 26 4 3CSMA协议 持续和非持续CSMA 最后一个协议用于分隙信道 叫做P 持续CSMA P persistentCSMA 其工作过程如下 一个站点在发送之前 首先侦听信道 如果信道空闲 便以概率P传送 而以概率q 1 p把该次发送推迟到下一时隙 如果下一时隙仍然空闲 便再次以概率p传送而以概率q把该次发送推迟到下下个时隙 此过程一直重复 直到发送成功或者另外一站开始发送为止 在后一种情况下 该站的动作与发生冲突时一样 即等待一随机时间后重新开始 若站点一开始就侦听到信道忙 它就等到下一时隙 然后开始上述过程 可编辑 27 4 3CSMA协议 有冲突检测的CSMA 还有一种改进协议 站点检测到冲突就取消传送 也就是说 如果两站侦听到空闲并同时开始传送 它们几乎将会同时检测到冲突 一旦检测到冲突 不是继续传完它们的帧 而是尽快停止 反正帧已被冲突破坏得无法辨认 迅速结束冲突帧的传送 既节省了时间又节省了频带 该协议被称为带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA CD carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection 它广泛应用于局域以太网的MAC子层 可编辑 28 4 3CSMA协议 有冲突检测的CSMA 在采用CSMA CD协议的局域网上 在一个站点已完成了帧的传送后 其它想要发送的站点都可以尝试发送 如果两个或两个以上的站点同时决定传送 将会产生冲突 通过检测反馈信号的能量或脉冲宽度并将之与传送信号比较就可判断是否产生了冲突 当一个站点检测到冲突后 它便取消传送 等待一个随机的时间后 重新尝试传送 假定两站正好在同一时间to处开始发送 那么需要多长时间后它们才会发现产生了冲突 检测到冲突的最短时间应该是信号从一个站点传输到另一个站点所需的时间 可编辑 29 4 3CSMA协议 有冲突检测的CSMA 现在考虑下面给出的最坏的情形 假设信号在两个相距最远的站点间传输的时间为 在to处 一个站点开始发送 经过 之后 即在信号到达最远的那个站点之前 最远的站点也开始发送 当然最远端的站点几乎立即就会检测到冲突而取消发送 但是由冲突产生的一点点突发噪声必须经过2 后才能反馈到初发站 也就是说 最坏情况下 站点在2 长的时间后仍未听到冲突 才可确信自己抓住了信道 因此 应该把竞争区间模型化为宽度为2 的分槽系统 可编辑 30 4 3CSMA协议 有冲突检测的CSMA 冲突侦听是一个模拟过程 当站点在发送时 其硬件设备必须侦听线缆 信号的编码应该保证冲突能够被检测到 虽然对于基带和宽带来说CSMA CD大体上相同 但也存在着区别 区别之一就是执行载波侦听的手段不同 对于基带系统 通过检测电压脉冲串来做到这一点 对于宽带系统 则检测其RF载波 对于冲突的发生 基带接收机搜索高于预期的电压电平 宽带接收机则常使用把收到的数据与发出的数据的比特逐个进行比较的方法 可编辑 31 4 4以太网 以太网是使用1 持续CSMA和CSMA CD技术的总线型网络 这种技术的原始基带型是由Xerox公司开发的 并获得了专利 1981年 Xerox DEC和Intel联合推出商业产品 在此基础上 1985年IEEE802委员会颁布了802 3标准 最早的802 3标准为10Mbps的基带实现提供必要的技术说明和有关参数值 后来版本的标准又为别的实现提供类似的技术说明 可编辑 32 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 粗缆 10BASE5是原始的以太网802 3标准 它使用直径为10mm的粗同轴电缆 该电缆必须用50 1W的电阻来端接 对于数字信号来讲 50 的电缆受来自接线头的插入容抗的反射不那么强 与CATV的75 电缆相比 具有更佳的抗低频噪音性能 10BASE5使用总线拓扑结构 所有的站都经过一根同轴电缆连接 站间最短距离2 5米 一条电缆的最大长度为500米 每段最多可以有100个站 每个站通过网络接口卡用DB 15连接器跟不超过50米长的附接装置接口 AUI 电缆 俗称收发器电缆 相连 AUI电缆本身又连接到媒体附接装置 MAU 俗称收发器 收发器通常采用插入式分接头 将其触针小心地插入同轴电缆的内芯 10BASE5的数据速率是10Mbps 使用曼彻斯特编码传送数据 该编码方案把逻辑1转换成 10 信号模式 而把逻辑0按 01 信号模式传送 可编辑 33 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 细缆 10BASE2使用廉价的R9 5850 同轴电缆 由此得名廉价网 或简称Thinnet 10BASE2把MAU 收发器 功能和AUI电缆 收发器电缆 都集成到网络接口卡之中 将网络接口卡上的AUI或DB 15连接器用BNC筒形连接器取代 10BASE2网段的最大长度降到185米 最小的节点间距离0 5米 与粗缆以太网相比 细缆以太网更容易安装 更容易增加新站 能够大幅度地降低费用 其缺点是改变配置时要把网络停止几分钟 另外 接头多 接触不好的可能性也就大一些 可编辑 34 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 双绞线 10BASE T是一个当前广泛使用的以太网物理层标准 它与同轴电缆以太网 粗缆和细缆 在许多方面有着很大的差别 10BASE T使用两对无屏蔽双绞电话线 一对线发送数据 另一对线接收数据 使用型号是RJ 45的8针模块插头作为连接器 和其它以太网媒体一样 10BASE T使用曼彻斯特编码 但为了在UTP上传输 电信号采用一个偏压 静止时并不总是返回零伏 信号频率是20M赫兹 并且必须使用3类或更高类别的UTP电缆 10BASE T具有链接一体化的特征 使电缆安装和故障查找变得容易了 每隔16毫秒 集线器和网卡都发出 滴答 heart beat 脉冲 它们也都要查听此信号 收到滴答信号表示物理连接已经建立 大多数10BASE T装置都配有发光二极管 LED 来指示链路是否正常 可编辑 35 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 双绞线 10BASE T遵从EIA568布线标准 电缆最大长度是100米 中继器 HUB 到中继器的链接也限制在最大100米距离内 星形拓扑结构 只允许每网段两个节点 从站到中继器 或者从中继器到中继器 10BASE T保持10BASE5的4个重发器 5个段的设计能力 这表示10BASE T局域网的最大直径为500米 采用10BASE T 根本用不着干线网络电缆 只需有集线器 一个相当于多口重发器的充满电子线路的盒子 这种结构使增添或移去站点变得十分简单 并且很容易检测到电缆故障 可编辑 36 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 双绞线 10BASE T重发器间的链路和普通站点到重发器的链路看上去是一样的 事实上 重发器对所连的是站点或另一个重发器不加区分 所有的多端口重发器都按一种方式执行转发功能 这和10BASE2或10BASE5系统中的普通重发器一样 即 一个输入端上出现的有效信号被转发到所有其它链路上 如果同时出现两个输入 发生冲突 一个冲突强化信号被发送到各条链路 如果任一输入端测得冲突强化信号 则将其发送到其它所有链路 图4 2给出了10BASE5 10BASE2和10BASE T三种标准以太网典型的物理连接示例 可编辑 37 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 同轴电缆 可编辑 38 4 4以太网4 4 210Mbps以太网线缆 双绞线 可编辑 39 4 4以太网4 4 3IEEE802 3媒体访问控制方法 802 3标准采用1持续的CSMA CD媒体访问控制方法 所有的设备都直接连到同一条物理信道上 该信道承担任何两个设备之间的全部数据交通 因此称信道是以多路访问方式进行操作的 帧通过信道的传输是广播方式的 所有连接在信道上的设备都能检测到该帧 采用这种操作方法 在信道上可能有两个或更多的设备在同一瞬间都发送帧 从而在信道上造成帧的重叠 而出现差错 这种现象称为冲突 CSMA CD的主要思想是减少冲突 提高信道利用率 源站点在发送帧之前 首先监听信道是否忙 如监听到信道上有载波信号 则推迟发送 直到信道恢复到空闲为止 源站点边发送边监听 一旦听到干扰信号 就表示检测到冲突 于是就立即停止发送 为了确保冲突的其它站点能够检测到冲突 该站还连续发送一串短的阻塞 Jam 信号 然后卷入冲突的站点各自等待一个随机选择的长度的时间 再尝试重发受到冲突影响的帧 可编辑 40 4 4以太网4 4 3IEEE802 3媒体访问控制方法 在绝大多数的CSMA CD系统中 包括在IEEE802 3标准中 都有一条重要的规则 就是任何帧都应该有必要的长度以使冲突能在帧传输完毕前被检测到 如果源站发送的帧太短 那么在检测到冲突之前发送可能已经完成 但实际上所传输的帧由于已被冲突破坏而没有能够被目的站正确接收 如果在帧传送的开头T长度时间内没有检测到冲突 那么随后也就不会再有冲突发生 令t为任意一个站的发送设备到达所有其它站的接收设备的延迟时间的最大值 那么T 2t 也就是说 如果在2t的时间内没有检测到冲突 就表示这次传送的尝试成功了 可编辑 41 4 4以太网4 4 3IEEE802 3媒体访问控制方法 阻塞信号是在检测到冲突后正在尝试发送的站所发出的信号 其目的是为了避免其它卷入冲突的站由于没有检测到冲突而继续发送 这种情况可能发生 因为处于网络上不同物理位置的站所接收到的信号相对能量可能不同 对于碰撞信号也是如此 阻塞信号是一个站在检测到冲突时通知其它站的一种有效的方法 在由于检测到碰撞而停止发送后 一个站必须等待一个随机时间段 才能重新尝试发送 这一随机等待时间是为了减少再次发生碰撞的可能性 通常 人们把这种等待一段随机时间再重传的处理方法称为退避处理 把计算随机时间的方法称为退避算法 可编辑 42 4 4以太网4 4 3IEEE802 3媒体访问控制方法 IEEE802 3所使用的是截短的二进制指数退避算法 其具体步骤如下 1 取均匀分布在0至 2min k 10 1 之间的一个随机整数r 其中k是冲突发生的次数 2 发送站等待r 2t长度时间 标准中允许的最大尝试发送的次数是16 超过16次以后 就放弃这一帧 并向高层报告 可编辑 43 4 4以太网4 4 3IEEE802 3媒体访问控制方法 具体地讲 IEEE802 3媒体访问控制协议按照如下步骤工作 1 如果共享的传输媒体空闲就发送 反之则等待 2 在传送的开始T长度时间内 监听总线 判断是否有冲突 3 如果在开头T长度时间内没有检测到冲突 就获得了对信道的控制权 停止监听 继续传送数据 直到帧的结束 4 如果检测到冲突就停止发送 并发出一个阻塞信号 经过一个随机选择的时间段后 重新开始步骤 1 可编辑 44 4 4以太网4 4 4IEEE802 3MAC帧结构 在局域网中 数据是以高度结构化的格式发射的 称为帧或包结构 在IEEE标准中一律称为帧 frame 而不说包 packet 组帧是为了使一些有用的信息包括目标和源节点的信息 错误检验信息能够被发送和接收 用于10Mbps基带以太网的曼彻斯特编码的基准信号频率是10Mbit s 单个比特的发射时间是0 1 s 人们对于最小帧的长度规定为512比特 在10BASE5中相当于网络传输通道空闲以后各个参与竞争的站所使用的退避时间单位片 即0 1 512 51 2 s 图4 3示出了IEEE规定的以太网帧结构 可编辑 45 4 4以太网4 4 4IEEE802 3MAC帧结构 可编辑 46 4 4以太网4 4 4IEEE802 3MAC帧结构 前缀发射是为了与接收方同步 它由10101010位序列组成 在10BASE5中对应一个持续5 6 s的10MHZ的方波 该7字节段允许物理层信令部件PLS电路到达与收到的帧的定时同步状态 便于接收方准备好接收 帧起始界标 StartDelimiter 是固定的数位序列10101011 表明帧的开始 目标和源地址有16位和48位两种格式 现在一般都采用48位地址 它唯一地标识某个站或某组站 源和目标一定要采用同一地址格式 可编辑 47 4 4以太网4 4 4IEEE802 3MAC帧结构 最小的帧长应能保证碰撞检测的正常工作 此外 最大的帧长也应加以规定 这是考虑到 限制发送与接收站中缓冲区容量的要求 防止一个站占用媒体作过长的传输 数据段包含n个字节序列 数据全部透明 内容任意 如果n小于最小长度规定 取决于特定的实现 则使用PAD段 802 3标准规定帧的大小从目标地址段开始计算 直到帧的末尾即检验序列结束为止 帧长的最大值是1518 最小值是64 帧检验序列 FrameCheckSequence 段包含32位循环冗余检验值 IEEE802和FDDI都采用CRC 32多项式 CRC32 x32 x26 x23 x22 x16 x12 x11 x10 x8 x7 x5 x4 x2 x 1帧检验序列 FCS 的检验范围包括除了前导码 SFD和FCS以外的所有帧段在内 可编辑 48 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 100BASE T是久经考验的传统以太网的100Mbps版本 1995年6月被IEEE正式通过作为新规范的快速以太网标准 它的官方名字叫IEEE802 3u 是对已有的IEEE802 3标准的补充 快速以太网的基本思想很简单 保留所有旧的分组格式 接口以及过程性规则 只是把比特时间从100ns减少到10ns 另外 由于10BASE T证明比10BASE2和10BASE5具有更明显的优越性 因此所有的快速以太网系统都使用集线器 hub 而不采用同轴电缆 可编辑 49 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 100BASE TMAC与10Mbps经典以太网MAC几乎完全一样 例如两者都具有下列参数值 时隙 512位时 重试次数极限 16 退避次数极限 10 碰撞加强 jam 信号长度 32比特 地址位长度 48比特 最大帧长 1518字节 最小帧长 512比特 64字节 唯一不同的参数就是帧际间隙时间 10Mbps是9 6微秒 最小值 快速以太网 100Mbps 是0 96微秒 最小值 100BASE TMAC以10倍速度使用传统的以太网MAC 100BASE T标准允许包括多种物理层协议 现在已有三个不同的100BASE T物理层规范 其中的两个标准支持长度为100米的无屏蔽双绞线 第三个标准支持单模或多模光缆 可编辑 50 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 100BASE X标准规定使用4B 5B编码方案 把4位二进制数据一起编码 每4个比特使用5个波特信号 这样 为了得到100Mbps的数据速率 只要125M波特的信号速率就可以了 为了保证同步 100BASE X把4B 5B流的每个码字当成一个二进制值进行NRZI编码 因为5位信号实际表示4位数据 因此32种可能的模式中只需要使用16种 编码后的5位组中至少有两次跳变 保持连续的零不会多于三个 那些不代表数据的码组或是无效的 或是被用作控制标志而有其特殊含义 为了能够在光纤中传输 在100BASE FX中需要把4B 5BNRZI电信号转换成光信号 它采用强度调制技术 1用一定强度的光脉冲表示 0用无脉冲或极小强度的光脉冲表示 可编辑 51 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 4B 5BNRZI编码对于光纤是很有效的 但它实际上并不适合于双绞线 其原因是这种信号传输会从双绞线产生不希望有的能量幅射 因此 100BASE TX采取了下列步骤 把基础的100BASE X的4B 5BNRZI信号转变回NRZ 对位流进行扰频处理 产生比较均匀的频谱分布 对经过扰频的位流使用MLT 3 多电平传输 3 方案编码 把编码结果以信号形式发送出去 可编辑 52 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 对于某些数字数据编码技术 如果出现一长串的1或0的话 接收器将很难与发送器保持同步 如果数据更接近随机的自然状态 而不是持续的或重复的状态 其它一些传输特性也会得到改善 一种调制解调器广泛使用的增加信号质量的技术是扰频和解扰 扰频过程使数据看上去更加随机 我们可以将扰频和解扰过程用多项式来表示 例如取多项式P 1 x 3 x 5 输入序列除以这一多项式就产生被扰后的序列 在接收器中将所收到的加扰信号乘以同一多项式即可恢复原始输入序列 可编辑 53 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 可编辑 54 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T 图4 4表示的是一个采用多项式P和输入101010100000111的例子 被扰码后的发送序列是101110001101001 它是输入除以P 100101 的结果 当它再乘以P时 即可得到原始输入 我们可以看到 在输入序列中包含周期性序列101010和一个长串的0 扰码器有效地把它们消除了 可编辑 55 4 4以太网4 4 5快速以太网100BASE T MLT 3编码方案的好处是可以把传输信号大部分能量集中在30MHZ以下 这样可以减少幅射 也就减少了由于干扰而产生的问题 MLT 3使用三种电平 即 V V和0 其编码规则可归纳如下 如果下一个输入比特是0 那么下一位的输出电平与前面的那一位一样 如果下一个输入比特是1 那么下一位的输出电平将包含一个跳变 a 如果前一位的输出电平是 V或 V 下一位的输出电平是0 b 如果前一位的输出电平是0 那么下一位的输出电平是非0 其符号与最近的那个非