課件制作人：謝希仁3.4使用廣播信道的以太網

3.4.1使用集線器的星形拓撲傳統以太網最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)課件制作人：謝希仁使用集線器的雙絞線以太網集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭課件制作人：謝希仁RJ-45連接器RJ-45連接器包括一個插頭和一個插孔（或插座）插孔安裝在機器上插頭和連接導線（如無屏蔽雙絞線的5類線）相連只使用4根針腳（1,2,3和6）針腳1發送針腳2發送針腳3接收針腳4不使用針腳5不使用針腳6接收針腳7不使用針腳8不使用課件制作人：謝希仁將5類線電纜與RJ-45插頭連接起來課件制作人：謝希仁星形網10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發送和接收。集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。10Base-T的標準802.3i10Mb/s的數據率Base表示連接線上的信號是基帶信號T代表雙絞線課件制作人：謝希仁集線器的一些特點10BASE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是CSMA/CD

協議，并共享邏輯上的總線。同一時刻至多只允許一個站發送數據集線器很像一個多接口的轉發器，工作在物理層，簡單轉發比特，不進行碰撞檢測。

課件制作人：謝希仁具有三個接口的集線器集線器網卡工作站網卡工作站網卡工作站雙絞線課件制作人：謝希仁以太網在局域網中的統治地位這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網的出現，是局域網發展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。課件制作人：謝希仁3.4.2以太網的信道利用率以太網的信道被占用的情況：爭用期長度為2，即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發送干擾信號。幀長為L

(bit)，數據發送速率為C(b/s)，因而幀的發送時間為T0(s)

=L/C

。

課件制作人：謝希仁以太網的信道利用率一個幀從開始發送，經可能發生的碰撞后，將再重傳數次，到發送成功且信道轉為空閑(即再經過時間使得信道上無信號在傳播，最后一個比特傳送到對端)時為止，是發送一幀所需的平均時間。發送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發生碰撞發送一幀所需的平均時間…課件制作人：謝希仁參數a

要提高以太網的信道利用率，就必須減小與T0之比。在以太網中定義了參數a，它是以太網單程端到端時延與幀的發送時間T0之比：(3-2)a→0表示一發生碰撞就立即可以檢測出來，并立即停止發送，因而信道利用率很高。

a越大，表明爭用期所占的比例增大，每發生一次碰撞就浪費許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。課件制作人：謝希仁對以太網參數的要求要求的數值要小些，分母T0的數值要大些當數據率一定時，以太網的連線的長度受到限制，否則的數值會太大。以太網的幀長L不能太短，否則T0的值會太小，使a值太大。T0(s)=L/C課件制作人：謝希仁在理想化的情況下，以太網上的各站發送數據都不會產生碰撞（這顯然已經不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調度方法），即總線一旦空閑就有某一個站立即發送數據。發送一幀占用線路的時間是T0+，而幀本身的發送時間是T0。于是我們可計算出理想情況下的極限信道利用率Smax為：信道利用率的最大值Smax

(3-3)Smax與連在LAN上的站點數無關課件制作人：謝希仁3.4.3以太網的

MAC

層

1.MAC

層的硬件地址

在局域網中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址（固化在適配器的ROM中）。802

標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。名字指出所要找尋的那個資源，地址指出那個資源在何處，路由告訴我們如何到達該處。但鑒于大家都早已習慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。課件制作人：謝希仁48位的MAC地址IEEE的注冊管理機構

RA負責向廠家分配地址字段的前三個字節(即高位24位)。地址字段中的后三個字節(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，必須保證生產出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48。“MAC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。課件制作人：謝希仁C:\DocumentsandSettings\Administrator>ipconfig/allWindowsIPConfigurationHostName.............:PC-200407281522PrimaryDnsSuffix........:NodeType..............:UnknownIPRoutingEnabled........:NoWINSProxyEnabled.......:NoEthernetadapter本地連接:Connection-specificDNSSuffix.:Description...........:RealtekRTL8169/8110FamilyGigabitEthernetNIC

PhysicalAddress.........:00-19-DB-4D-2B-F7DhcpEnabled...........:NoIPAddress.............:202.112.146.144SubnetMask...........:255.255.255.0DefaultGateway.........:202.112.146.2DNSServers............:202.112.144.236202.112.144.246課件制作人：謝希仁適配器檢查MAC地址適配器從網絡上每收到一個MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。“發往本站的幀”包括以下三種幀：單播(unicast)幀（一對一）廣播(broadcast)幀（一對全體）多播(multicast)幀（一對多）課件制作人：謝希仁2.MAC

幀的格式常用的以太網MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網V2的格式。課件制作人：謝希仁以太網MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節1字節…8字節插入IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報MAC幀以太網的MAC

幀格式課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式目的地址字段6字節課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式源地址字段6字節課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式類型字段2字節類型字段用來標志上一層使用的是什么協議，以便把收到的MAC幀的數據上交給上一層的這個協議。當類型字段的值是0X0800時，表示上層使用的是IP數據報課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式數據字段46~1500

字節數據字段的正式名稱是MAC

客戶數據字段最小長度64字節

18字節的首部和尾部=數據字段的最小長度

課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式FCS字段4

字節當傳輸媒體的誤碼率為1108

時，MAC子層可使未檢測到的差錯小于11014。當數據字段的長度小于46字節時，應在數據字段的后面加入整數字節的填充字段，以保證以太網的MAC幀長不小于64字節。課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節1字節…8字節插入首部沒有幀長度（或數據長度）字段，MAC子層如何知道從接收到的以太網幀中取出多少字節的數據交付給上一層協議？曼徹斯特編碼的每一個碼元的正中間一定有一次電壓的轉換發送方發送完一個以太網幀后，就不再發送其他碼元了。因此，接受適配器接口上的電壓就不再變化了。接收方就可以找到以太幀的結束為止。往前數4個字節，就能確定數據字段的結束為止課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節1字節…8字節插入在幀的前面插入的8字節中的第一個字段共7個字節，是前同步碼，用來迅速實現MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個字節課件制作人：謝希仁數據字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數個字節；用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；數據字段的長度不在46~1500字節之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。無效的MAC幀課件制作人：謝希仁幀間最小間隔為9.6s，相當于96bit的發送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發送數據。這樣做是為了使剛剛收到數據幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。幀間最小間隔課件制作人：謝希仁作業3-03,3-18~3-26課件制作人：謝希仁假定站點A和B在同一個10Mb/s以太網上。這兩個站點之間的傳播時延為225比特時間。現假定A開始發送一幀，并且在A發送結束之前B也發送一幀。如果A發送的是以太網所容許的最短的幀，A在發送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么能否肯定A所發送的幀不會和B發送的幀發生碰撞？作業3-24課件制作人：謝希仁作業3-24解答最短的幀：64字節,512比特時間，p85每個以太網幀在發送到信道上時，在MAC幀前面還要增加8字節的前同步碼和幀定界符，p92,p93設在t=0時A開始發送在t=(64+8)*8=512+8*8比特時間，A發送完畢t=225比特時間，B就檢測出A的信號。只要B在t=224比特時間之前發送數據，A在發送完畢之前就一定檢測到碰撞。就能夠肯定以后也不會再發生碰撞了。如果A在發送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么能肯定A所發送的幀不會和B發送的幀發生碰撞課件制作人：謝希仁作業3-25在上題中的站點A和B在t=0時同時發送了數據幀。當t=225比特時間，A和B同時檢測到發生了碰撞，并且在t=225+48=273比特時間完成了干擾信號的傳輸。A和B在CSMA/CD算法中選擇不同的r值退避。假定A和B選擇的隨機數分別是rA=0和rB=1。試問A和B各在什么時間開始重傳其數據幀？A重傳的數據幀在什么時間到達B?A重傳的數據會不會和B重傳的數據再次發生碰撞？B會不會在預定的重傳時間停止發送數據？課件制作人：謝希仁作業3-25解答參見圖3-18，p83,p86,p92t=0時，A和B開始發送數據t=225比特時間，A和B都檢測到碰撞t=225+