西北工业大学软件学院-第六七八章.ppt

第六、七、八章,以太网基础、技术与交换 Ethernet Fundamentals,OSI模型,数据链路层：帧、介质访问控制 物理层：规定信号和介质,定义涉及介质、信号、比特流、发送信号部件的接口，以及各种拓扑结构物理层功能,介质类型 连接器类型 信号类型,物理层协议,物理层上的协议也称接口规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性，这些特性包括机械 的、电气的、功能性的和规程性的四个方面这些特性确保物理层能通过物理信道在相邻网络节点之间的正确地收、发比特流IEEE802.x标准,IEEE 802.1── 通用网络概念及网桥等 IEEE 802.2── 逻辑链路控制等 IEEE 802.3──CSMA/CD访问方法（Ethernet） IEEE 802.4──令牌总线 IEEE 802.5──Token Ring IEEE 802.6── 分布队列双路总线接入服务 IEEE 802.7── 宽带局域网,IEEE802.x标准,IEEE 802.8── 光纤局域网(FDDI) IEEE 802.9── ISDN局域网 IEEE 802.10── 网络的安全 IEEE 802.11── 无线局域网 IEEE 802.12── 需求优先（VG） IEEE 802.14── 有线电视 IEEE 802.15── 个人无线局域网,IEEE802.x标准,802.3以太网和OSI的关系 IEEE802.3以太网标准规定了OSI模型中的第一层以及第二层的MAC子层 IEEE802.x规定了很多网络标准，如无线网、Cable TV等,5.1以太网历史,历史： 由Intel、DEC、Xerox公司于1980s发布第一个Ethernet，速度为10Mbps 1995年100Mbps Ethernet出现 1998-1999年1000Mbps Ethernet出现，成为gigabyte Ethernet（吉比特以太网）,IEEE 802.3和Ethernet,先有以太网，后有IEEE802.3。

1976年，Xerox公司（Xerox Palo Alto Research Center ）提出在ALOHA系统中增加了载波侦听之后，一个14M电缆上连接了100多台计算机，其传输速率为2.94M bps，采用了CSMA/CD介质访问控制方法这个系统被称为以太网(Ethernet) 1980年，Xerox, DEC, Intel共同提交了“以太网”蓝皮书，制定了10M bps的CSMA /CD 以太网标准随后，IEEE 802小组成立Ethernet和IEEE 802.3,1985年定名为IEEE 802.3，即使用坚持的CSMA/CD协议的 LAN标准，数据率从1M到10M，支持多种传输媒体 Ethernet是指基带总线LAN CSMA/CD----- 载波侦听多址访问/冲突检测,5.1.3IEEE802.3以太网和OSI模型,介质访问控制层（MAC)(802.3)------- MAC子层定义了如何在物理线路上传输帧处理每一个相关设备的物理寻址、网络拓扑定义以及线路规程 逻辑链路控制（LLC）(802.2)-------负责从逻辑上识别不同的协议类型然后加以识别 IEEE802.3标准定义了物理层（第一层）和数据链路层（第二层）中的MAC部分。

OSI模型一层和二层的比较,IEEE 802.3的体系结构与功能实现,,,,定义 源和目标的物理地址 与帧关联的高层协议 (Service Access Point) 网络拓扑 帧顺序 数据流控制 有向或无向连接,,数据链路层,,物理层,EIA/TIA-232 v.35,Ethernet,,Frame Relay,HDLC,,802.2,,802.3,,数据链路层功能,数据链路层的作用是对物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无差错的链路 其基本功能是向网络层提供透明的和可靠的数据传输服务数据,源地址,FCS,,,,长度,,目标地址,,可变长,2,6,6,4,0000.0C xx.xxxx,,,厂商自己分配,IEEE 分配,MAC子层- 802.3,,前导符,Ethernet II 在这里用 “Type”指明上层协议，所以不用 802.2.,,MAC 地址,,8,# 字节,数据链路层帧格式,,,数据,目标 SAP,,,源 SAP,,数据,源地址,FCS,,,,长度,,目标地址,可变长,1,1,802.2 (SAP),MAC子层 - 802.3,Ctrl,1 or 2,3,2,,前导符,,数据,目标 SAP AA,,,源 SAP AA,可变长,1,1,802.2 (SNAP),Ctrl 03,1 or 2,OR,,,OUI ID,,类型,,,,5.1.4MAC 地址,一个计算机，无论它是否连到网络上，都有一个物理地址。

没有两个物理地址是相同的这个物理地址，也叫做MAC（介质访问控制）地址 MAC地址对于计算机网络至关重要，它使得计算机之间可以相互识别MAC地址给主机一个永久的、独一无二的名字 硬件产商为每个NIC分配一个物理地址这个地址存储在网络接口卡（NIC）的ROM中MAC地址也叫硬件地址、NIC地址、第二层地址和以太网地址 以太网利用MAC地址唯一地标识单独的设备 带有以太网接口的任一设备（PC机、路由器、交换机）都必须有一个MAC地址MAC地址命名,MAC地址采用48bit表示 前24位表示厂商 后24位为设备编号 正常情况下每一个二层以上设备都有一个MAC，并且这个MAC是全球唯一的,MAC地址的形式,MAC地址用十六进制数表示，有两种表示方式，如: 0000.0c12.3456或00-00-0c-12-34-56 因为有248（超过2万亿！）个可能的MAC地址，因此可以使用的地址的数量不会用光 MAC地址也有一个主要的缺陷——它没有层次，使用无层次地址空间不同的供应商有不同的OUI，但是他们与个人身份证号码类似随着网络的增长，这个缺陷将会成为一个真正的问题MAC的使用,局域网是广播网络，所有的主机可以看见链路上所有的帧。

每台主机在发送数据的时候，会将目的主机的MAC地址封装在帧中 当这个数据在网络介质上传播时，网络上每个设备的NIC检查数据帧中的目的物理地址是否与自己的MAC地址符合，如果不符，NIC丢弃该数据帧如果相符，目的主机的NIC对数据进行复制，去掉它的封装后，交给上层软件 将MAC地址封装在帧中很重要，没有这些地址，信息就不能正确的在网络上传送5.1.5一般的帧格式,在数据链路层，成帧是数据封装过程，帧是其数据单元 有很多不同类型的帧，它们有不同的标准描述通常，单个帧包括很多个域域由字节组成下面这些域是必须要有的：帧起始域、地址域、长度/类型/控制域、帧校验域、帧停止域成帧,帧起始域 当计算机连接到物理媒体上，必须有一种方式可以说明“有一个帧到了！”这一过程在不同的技术上有不同的实现，但是不论哪种技术，所有的帧都应该有一个起始标识表示字节序列的开始帧中的域,地址域 所有的帧都包含有地址信息，例如源计算机的名字（MAC地址）和目的计算机的名字（MAC地址） 长度/类型/控制域 大多数的帧有一些特定的域在有的技术中，长度域定义了帧的准确长度还有的技术有类型域，用来指明第三层协议另外还有一些技术没有定义这样的域。

帧中的域,控制域：增加控制信息目的是帮助分组能够被送达目的地 数据字段： 发送帧的原因是获取高层数据该数据字段包含希望发送的消息有时通过填充字节来保证帧的最小长度有时数据太大需要分段分组发送帧中的域,帧校验域 所有的帧以及其中的比特、字节和域都会因为各种原因而产生错误如何发现这些错误是一个很重要的问题 一种既有效又效率高的方式CRC可以用来发现存在的错误，而且它只是对错误帧进行丢弃和重传帧校验序列（FCS）域含有一个由源计算机根据帧中的数据计算的数字，当目的计算机收到帧之后，它重新计算FCS数并把它和帧中的FCS数字相比较如果这两个数字不同，就可以假设错误的出现从而丢弃该帧并且要求源计算机重传CRC校验,循环冗余码（CRC-----Cyclic Redundancy Code)又叫多项式码R(X) K(X)为信息码； G(X)------事先约定的生成多项式 R(X)= XR* K(X) 除以G(X)的余式 其中R为G(X)的最高多项式的幂次 Q(X)= XR * K(X) 除以G(X)的商XR * K(X) =G(X)*Q(X)+R(X) XR * K(X)+R(X)=G(X)*Q(X)+R(X)+R(X) 由于模二运算规则R(X)+R(X)=0 XR * K(X)+R(X)/G(X)=Q(X) 令T(X)=Xr * K(X) + R(X) 即T(X)/G(X)=Q(X) 接收方收到的码字多项式能被G(X)整除。

CRC校验过程即为将接收到的码字多项式经过计算得出T(X)再除以G(X)的过程若余式为0 传输正确否则传输有错CRC校验举例,G(X)=11001=X4+X3+1 K(X)=1011001=X6+X4+X3+1 X4*K(X)=X10+X8+X7+X4=10110010000 X4*K(X)/G(X)=1101010…….1010 Q(X)=1101010 ; R(X)=1010 若收到的码字T(X)=10110011100是否正确 如不正确，那么收到的正确码字应为多少？,5.1.6802.3的帧格式和Ethernet II 的帧格式,Ethernet 帧的使用,Ethernet帧的大小为64~1518，路由器接口上的buffer大小默认值是1524,,前导码----用于时钟同步 帧起始定界符(SFD)---标志时钟信息的结束 源/目的地址-----源/目的MAC地址 长度/类型-----小于1536代表长度；否则代表高层协议类型 数据与填充----以太网的最大传输单元（MTU)是1500字节；最小为46字节 帧校验序列(FCS)---包含4字节的CRC码5.2以太网工作原理,介质访问控制 (MAC)指一些用来确定在共享介质环境（冲突域）中哪个计算机允许数据传输的协议。

确定性的（FDDI) 不确定性的(Ethernet/802.3),Media Access Control,,不确定的 (1st come, 1st served),确定的 (Take turns),确定的 (Take turns),逻辑总线拓扑，物理星形拓扑,逻辑环形拓扑，物理星形拓扑,逻辑环形拓扑，物理双环拓扑,载波监听多路访问协议,载波监听多路访问协议CSMA （Carrier Sense Multiple Access Protocols） 载波监听（Carrier Sense） 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（Multiple Access） 多个用户共用一条线路 冲突检测（ collision detect ）,带冲突检测的载波监听多路访问协议,引入CSMA/CD的原因 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，因此产生了带冲突检测的载波监听多路访问技术。

原理 在发送期间如果检测到冲突，会继续发送一段很短的时间，目的是发出干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突； 在发出干扰信号后，等待一段随机时间重复上述过程 Question：冲突结束以后，哪个设备可以优先发送数据？,以太网的传输时间,带宽越高速度越快 在网线上的延时不容忽略,1/Bandwidth = Bit Time,网络延时—Frame在网络上。