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计算机网络chapter4

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    • 1、LOGOComputer Networks计算机与控制学院 王鑫参考文献vAndrew S. Tanenbaum, Computer Networks (Fourth Edition), 清华大学出版社 & Prentice Hall, 2004 vJames F. Kurose等著,陈鸣译. 计算机网络 自顶向下方法与Internet特色(第三版).机 械工业出版社,2005 v谢希仁.计算机网络(第四版).电子工业出版 社,2003 ContentsIntroduction(7)1The Physical Layer(5)2The Data Link Layer(6)3The MAC Sub-layer(6)4The Network Layer(6)5The Transport Layer(4)6The Application Layer(4)7Network Security(4)84 The MAC Sub-layer v学习目的:理解CSMA/CD协议的基本原理,学 习ETHERNET的相关知识,网络互联知识。 v学习重点:CSMA/CD的基本原理,局域网的体 系结构,网络互

      2、联。 v学习难点:ETHERNET中最大跨距的计算。ConceptvStatic channel allocation methods: 信道静态分 配方法,such as: FDM、TDM、WDM、CDM vDynamic channel allocation methods: 信道动 态分配方法, random access channel: 随机接入,Multiple access channel(多点接入),such as : ALOHA 、CSMA、CSMA/CD controlled access channel: 受控接入,such as : polling(轮询)4.1 Carrier Sense Multiple Access Protocols(CSMA, 载波侦听多路访问协议) Sense first, send second (先听后 发) v 1-persistent CSMA: 1坚持 CSMA v 0-persistent CSMA: 0坚持 CSMA v p-persistent CSMA: p坚持 CSMAQuestion:如果一个站在 发送数据之前已

      3、经监听到信 道为空闲,那么信道是否一 定空闲呢?4.2 CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)先听后发,边听边发,冲突停发,延迟再发。1. Collision Detection: v 比较接收到的信号的电压大小。若接收到的信号的电压值超 过某一门限值,就可认为是发生了冲突。 v 当采用曼彻斯特编码时,电压的过零点是在每一比特的正中 央。发生冲突时,过零点的位置将改变。根据过零点位置的 变化,也可以判断是否发生了冲突。 v 在发送帧时也同时进行接收,将收到的信号逐比特地与发送 的比特相比较。若有不符合的,就说明有冲突存在。 4.2 CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)2. The Binary Exponential Backoff Algorithm (二 进制指数后退算法,p278)即冲突后随机等待延迟的确定。设基本退避 时间等于两站点之间的最大传播时延的两倍。定义 k=min重传次数,10,然后从离散的整数集合0 ,1,2 k-1中随机地取出一个数,记为 r,该站 点的等待时延就是r倍的基本退避时间

      4、。当重传16 次仍不能成功时,则丢弃该帧。4.3 IEEE 802 and Ethernet vIEEE 802 vIEEE 802.3 and Ethernet vEthernet Performance vSwitched Ethernet(交换式以太网) vHigh-speed Ethernet IEEE 802LAN Reference ModelData link layerLLC MAC Physical layerv Physical layer:signal code and decode(信号的编码和译码 ), produce and wipe off front-SYN(产生和去除前同步码), send and receive bits(传输和接收比特) v The MAC sub-layer:framing(成帧),error control (bits), locate address(寻址) v The LLC sub-layer:Link management, provide interface, error control, numbering (编号)

      5、 LAN Reference Model局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据 链路层站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见 下面的局域网下面的局域网LAN characteristic: (1) Transmission media: Twisted pair, Coaxial cable, Fiber optics (2) Topology structure: Star, Bus, Ring, Tree (3) MAC: 介质访问控制方法, CSMA/CD, Token Ring, Token Bus LAN Reference Model物理 媒体环 形总 线树 形星 形 双绞 线基带 同轴 电缆宽带 同轴 电缆光纤无线 媒体IEEE 802.3 and EthernetvIEEE 802.3: CSMA/CD vEthernet: DIX-DEC, Intel, Xerox IEEE 802.3 and EthernetThree kinds of Ethernet cabling. (a) 10Base5, (b

      6、) 10Base2, (c) 10Base-T.IEEE 802.3 and Ethernet1. Transceiver: 收发器 (1)Receive/send data:接收/发送数据 (2)Collision detection:检测冲突 (3)Carrier sense:载波侦听 (4)Jabber control:超长控制:当检测到某个数据帧的长度超过上限值 时,即认为该站出了故障,接着就自动禁止该站向总线发送数据。 2. Transceiver cable: 收发器电缆,5 STP (1)Two of the pairs: data in and data out (2)Two of the pairs: control signals in and out (3)One of the pairs: power cable 3. Network Interface card:网卡 (1)framing: 成帧,帧的封装和接封 (2)link management: 链路管理 (3)code and decode: 编码和译码,Manchester Code(曼彻斯特编码)

      7、 IEEE 802.3 and Ethernet10BASE510BASE210BASE-T10BROAD3610BASE-FP10BASE-FL10BASE-FB传输媒体同轴电缆 (50)同轴电缆 (50)非屏蔽双 绞线同轴电缆 (75)850mm光纤 对850mm光纤 对850mm光纤 对编码技术基带 (曼彻斯 特编 码)基带 (曼彻斯 特编 码)基带 (曼彻斯 特编 码)宽带(DPSK )曼彻斯特/on -of曼彻斯特/on -of曼彻斯特/on -of拓扑结构总线总线星形总线/树形星形星形/最大网段 长度(m)5001851001 800100020002000每网段的 节点数10030/33/收发器外置设备内置芯片内置芯片/内置芯片内置芯片内置芯片最大跨距 媒体段数2500m/5925m/5500m/53600m/22km/24km/230km/15电缆直径 (mm)1050.41.00.41.062.5125um62.5125um62.5125umIEEE 802.3 and EthernetFrame formats. (a) DIX Ethernet, (b) IEEE

      8、 802.3.IEEE 802.3 and Ethernet4. 802.3 MAC sub-layer (1)The minimum frame is 64 bytes, and the maximum frame is 1518 bytes. (2)The Preamble field: 10101010 1010101010101011 (3)The Invalid frame: 数据字段的长度与长度字段的值不一致; 帧的长度不是整数个字节; 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错; 数据字段的长度不在 46 - 1500 字节之间。 有效的 MAC 帧长度为 64 - 1518 字节之间。 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负 责重传丢弃的帧 Ethernet Performancev以太网的最大作用距离(跨距) Ethernet Performancev 以太网的最大作用距离(跨距) 假设跨距为L,传播速率为R1(注:电缆中,R1一般固 定为200m/us),最小帧长为F,传输速率为R2,物理层处 理时间为tPHY,使用中继器的数量为N,一个中继器的延时 为t

      9、r,则碰撞槽时间(slot time)为:(注:碰撞槽时间即 是在帧发送过程中,发生碰撞时间的上限。即在这段时间 中,可能检测到碰撞,而过了这段时间,永远不会发生碰 撞,也不会检测到碰撞。)slot time2L/R1+2tPHY+2Ntr slot time=F/R2 由式、可知:LR1(F/R2-2tPHY-2Ntr)/2 由上式可知:若传输率R2固定,则跨距L越大,最小帧 长度F越大。若最小帧长度F不变,则传输率R2越高,跨距 L越小。 Ethernet Performance500 m250 m750 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1转发器网段 2网段 3转发器转发器转发器Ethernet Performance定义:a= / T0 , 其中为单程传播延迟,T0为帧的发送时间 = F/C= C/F 定义:S为信道利用率(归一化吞吐量),即为整个 网络在T0时间内成功发送帧的数目。Smax = T0/( T0+)= 1/(1+4.44a) 另,根据定义可知: S= NT0 =NF/C 其中:N为工作站的数目, 为每台计算机单位时间 发出的帧数。 注意: S与G(负载)的区别。Ethernet PerformanceThe Third Homework1. P244 NO.17 2. P340 NO.21Switched Ethernet(交换式以太网)vfull-duplex communication: 通常采用全双工通信 vswitch and share: 交换和共享的区别 vdata link layer: 交换机工作在数据链路层 v对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网,若共有 N 个 用户,则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。 v使用以太网交换机时,虽然在每个端口到主机的 带宽还是 10 Mb/s,但由于一个用户在通信时是独 占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽, 因此对于拥有 N 对端口的交换机的

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