以太网基础知识.ppt

,主要内容,一.以太网基础知识1.1以太网数据字段至少必须有46个字节，这是为了确保帧信号在网络传输过程中停留的时间足够长，使网络系统中的每个站点在以太网系统的最大循环信号传输时间内都能收到帧。当数据域的长度不够46个字节时，就要通过填充字段进行填充，直到它达到46个字节的长度为止。填充字段的长度:Max0,minframeSize-(8*n+2*Addresssize+48)bits=Max(0,368-8*n)bits（其中n为数据字段的字节数，48为L/T和FCS的size)。FCS（帧校验序列）：4个字节的循环冗余校验码（CRC），由DA,SA,LEN/TYPE,DATA,PAD共同计算得出。在接收端收到MAC帧以后，重新计算FCS字段的值，并与帧中的FCS字段进行对比，如果两个值相同，则接收站点认为在以太网信道传递过程中没有发生错误。Extension（载波扩展字段）:速度在1000Mb/s以上时，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=slottime-minFrameSize4096bits512bits3584bits(448字节）,2.2带标签的MAC帧结构,2个字节的802.1QTagType类型说明=0X8100,表示0-7的8个优先级,0表示规范格式，用于以太网；1表示非规范格式，用于令牌环网。,12bit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),TAGCONTROLINFORMATION字段详细解释,TCI标签控制信息字段，包括用户优先级（UserPriority）、规范格式指示器（CanonicalFormatIndicator）和VLANID。UserPriority：定义用户优先级，包括8个（23）优先级别。CFI：以太网交换机中，规范格式指示器总被设置为0。由于兼容特性，CFI常用于以太网类网络和令牌环类网络之间，如果在以太网端口接收的帧具有CFI，那么设置为1，表示该帧不进行转发，这是因为以太网端口是一个无标签端口。VID：VLANID是对VLAN的识别字段，在标准802.1Q中常被使用。该字段为12位。支持4096（212）VLAN的识别。在4096个可能的VID中，VID0用于识别帧优先级。4095（FFF）作为预留值，所以VLAN配置的最大可能值为4,094。,2.3帧结构补充知识,2.3.1MAC地址问题IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点的唯一标识符，与其物理位置无关；地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配。I/G和G/L是第一个字节的最低两位。I/G=0individual单播地址（源地址只能为单播地址）I/G=1group组播地址G/L=0globallyadministered全局管理G/L=1localadministered本地管理当地址位为：0 xFFFFFFFFFFFF时,是表示LAN上全部工作站的多播地址(广播地址）。,2.3帧结构补充知识,2.3.2比特传输顺序以太网中，48位的物理地址用12个十六进制数表示，每两个数组成一组，代表一个8位信息，一共6个8位字节，以太网上传送8位（字节）信息的顺序是从最高位（最左端的8位）到最低位（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（先右后左）。2.3.3无效MAC帧凡出现下列情况之一的即为无效的MAC帧：1.MAC客户数据字段的实际长度和长度字段中的值不一致；2.帧的长度不是整数个字节；3.用收到的帧校验序列FCS查出有差错;4.帧的MAC客户数据字段的长度不在46-1500字节之间。,三MediaAccessContol,在1.2节中我们讨论到了MAC子层功能中的介质的分配，这里我们继续讨论它的另外一个功能冲突处理。3.1CSMA/CD（带有冲突检测的载波监听多路访问方法）它是一种半双工模式下的介质访问机制工作原理：发送前采用CSMA方式。边发送边监听信道。若监听到冲突，则冲突双方都停止发送，这样信道很快空闲，提高效率。若没有冲突，表示发送成功。CSMA/CD工作方式总结：先听后发、边发边听、冲突停止、延迟重发。,CSMA/CD图解,AB,冲突,A开始发送帧,B开始发送帧,B发送jam并停止发送帧，延迟随机时间再监听,A发送jam并停止发送帧，延迟随机时间再监听,CSMA/CD帧的传输模式,帧的传输包括数据的封装（解封）和传送（接收）介质访问管理两个部分：a)传输数据的封装：输出帧的装配和校验序列的产生。b)传输介质访问管理：载波延迟，帧间间隔产生，碰撞检测和强制拥塞，碰撞回退和重传，载波延长和帧组发。,3.2MAC补充知识,3.2.1载波监听策略：非坚持CSMA：（1）如果介质是空闲的，则可以立即发送数据。（2）如果介质是忙的，则等待一个随机延迟的时间后，再继续侦听，直到介质为空闲才发送数据。1-坚持CSMA：（1）如果介质空闲的，则可以立即发送数据。（2）如果介质是忙的，则继续侦听，直至检测到介质是空闲，立即发送数据。（3）如果在发送数据过程中发生了冲突，则放弃当前的数据传送任务，等待一个随机的延迟时间，再重复上述步骤（1）（2）。p-坚持CSMA：（1）如果介质空闲，则以P概率发送数据（注意，只是一种概率，而不是马上发送数据），而以（1-P）的概率延迟一个时间单位t，t等于最大信号传播时延的两倍。（2）站点的发送已被延迟一个时间单位t后，则重复上述步骤（1），当然这时的P值可能不一样。（3）如果介质是忙的，继续侦听直到介质处于空闲状态，然后重复上述步骤（1）。P-坚持的说明：设当介质忙时，有n个站点等待，在P值的设定使np=1时最佳。,载波监听策略性能比较,3.2MAC补充知识,3.2.2冲突检测和增强冲突检测：是通过监视物理层提供的冲突检测信号来实现的。冲突检测的实际方法是依赖于所采用的介质系统方法：收发器监视电缆上的平均直流电信号的幅度来检测冲突。当2个以上的站点同时传输时，电缆上的平均直流电压达到一个能触发收发器冲突检测电路的幅值；冲突增强：当传输过程中检测到冲突时，并不是立即停止传输这个动作，而是继续到传完一串（32位）由jamsize定义的比特流后才停止。加强冲突（jam）是为了保证冲突持续的时间足够的长，以致于能被网上的所有站点检测到（避免漏检）。jam的内容是没有规定的，它可以为了方便媒体访问执行而选择固定或可变模式，但它不能与前面传输的帧的CRC值一样。,3.2MAC补充知识,3.2.2延迟时间冲突发生后，站点延迟的时间采用截断二进制指数退避算法：定义K=min(K,10)(K为回退次数）整数L，0L2K延时时间T=Lt(t为“slottime”)在CSMA/CD中，当K16，帧将被丢弃，并有可能向上层汇报。理解：1.回退的次数越多，随机等待时间的范围呈指数增加；2.当16K10时，K一直为10，这时随机数范围（0-1023）不变，回退时间范围（0-52.4ms）不变。,10Mbps系统上的最大回退时间表,3.2MAC补充知识,3.2.3slottime：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，这个时间就是以太网时隙（slottime)时隙的由来：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（包括物理层的延时），假定A在t时刻开始发送一帧，则这个帧在t+时刻到达B，若B在t+（很小）时刻开始发送一帧，则B在t+时就会检测到冲突，并发出阻塞信号jam。（2）阻塞信号将在t+2时到达A。所以A必须在t+2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2。（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以太网一帧的最小发送时间必须为51.2s。（3）51.2s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。,发送帧（）,阻塞信号（）,A,B,3.2MAC补充知识,3.2.4帧间隙（Interframespacing）设置帧间隙的目的是为其他子层和物理介质提供一个恢复的时间。帧间隙计时被设为96位时间，则：10Mbps=9.6us100Mbps=0.96us1000Mbps=0.096us,3.2MAC补充知识,3.2.5冲突(Collision)和迟冲突冲突不是错误，它是以太网工作的正常现象。冲突可能发生在站点传送的最初一段时间内，即512位间隙时间，称之为“冲突窗口”冲突窗口持续的时间长度是信号从一个站点传播到共享信道所有位置，并返回来所用的时间冲突时间一过，站点就获得了信道，应该不再存在发生冲突的机会如果冲突发生在512位时间之后，则它是一种错误，称之为迟冲突迟冲突是一种严重的错误，以太网不会自动地重发迟冲突丢失的帧,3.2MAC补充知识,3.2.6全双工传输a全双工模式中，不存在对共享媒体的争用。物