04以太网技术原理教材.doc

以太网技术原理 目 录 课程说明 1 课程介绍 1 课程目标 1 相关资料 1 第1章 以太网基础 2 1.1 802.3的电缆 2 1.2 802.3的MAC子层协议 3 1.3 IEEE 802.2标准：逻辑链路控制（LLC） 3 1.4 常用以太网连接方法 4 1.5 快速以太网简介 4 课程说明 课程介绍 本课程主要介绍以太网的相关标准和线缆 课程目标 完成本课程的学习后，您应该能够： （正文,F2） 了解IEEE 802协议族 了解以太网中常用的线缆 相关资料 IEEE 802.2 IEEE 802.3 IEEE 802.3u IEEE 802.3z 以太网基础 以太网系统的真正开端是在夏威夷岛上建造的用于无线电通信的ALOHA系统。对于采用广播信道的网络而言，最为关键的一个设计问题就是如何给各个站点分配信道的使用权。 ALOHA是夏威夷大学的Norman Abramson和他的伙伴们发明的一种全新的动态信道分配方法，其基本思想很简单：用户只要有数据要发送，就让他们发送。由于广播的反馈性，发送方只要侦听信道就可以知道发出的数据是否被破坏，如果被破坏，发送方等待一段随机的时间再重发数据。区别于传统的静态信道访问方法如TDM（Time Division Multiplexing）、FDM（Frequency Division Multiplexing），ALOHA可以很好的处理数据通信的突发性，提高信道的利用率。后来，为了尽量减少冲突的发生，在ALOHA 的基础上出现了很多的动态信道分配方法。其中在ALOHA基础上加入了载波监听的CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）是最重要也是应用最为广泛的一种改进。第一个CSMA/CD系统是由Xerox PARC建造的一个2.94Mb/s的系统。这也是第一个被称为以太网（Ethernet）的系统。 1CSMA/CD规定了一个想传输数据的节点必须执行如下步骤： 监视信道直到其空闲。 传输数据，并监视信道看是否有冲突发生。 如果检测到冲突发生，停止传输，发出一个冲突产生信号，再等待一个随机的时间，再回到第一步。这个随机的时间依如下规则选择：如果数据包冲突了n（n16）次，则此节点以相同的可能性从0 ，1，..... ，2n - 1中随机选一个数K，然后等待K * 512 比特时间（例如：在10Mbps以太网中，1比特时间=10-7秒），如果n15，则放弃发送。 Xerox的以太网极其成功，于是它和DEC，Intel共同起草了一份10Mb/s的以太网标准，这个标准称为DIX（DEC、Intel、Xerox）。这个标准就是IEEE 802.3的基础。 802.3的电缆 以太网使用的物理介质主要有：粗同轴电缆、细同轴电缆、3类双绞线、5类双绞线、光缆。表中列出了10M以太网使用的线缆特性。10BASE-T可以使用3类双绞线（即普通电话线），及其易于维护的特点实际上已使其成为10M以太网的主流解决方案。802.3的每个版本都有一个区间最大长度。为了使网络范围更大，可以使用中继器（Repeater）连接多根电缆，中继器是一个物理层设备，起信号放大作用，对于上层而言，认识不到中继器的存在。可以在网络中使用多个中继器和电缆段，但是为了减少因延时太大而无法监听到线路忙而造成的冲突，802.3规定两个收发器间不得超过2.5km，任意两个收发器间的路径上不得有4个以上的中继器。 802.3的MAC子层协议 在实际物理信道上传输的只是电压信号（+0.85V 或 -0.85V）的序列，为了在没有外部参考时钟的情况下，接收方能够正确定位比特的开始与结束，802.3 10Base采用可以自同步的信号编码方法：Manchester 编码或差分Manchester编码。802.3帧的7个先导字节的Manchester编码会产生10MHz，持续5.6微秒的方波，这个信号会使收发双方的时钟同步很容易，随后的SFD用来指示一帧的开始。在802.3MAC帧中，有两个MAC地址字段：目的MAC地址和源MAC地址，都是6个字节。802.3帧中的Len字段指示了它所承载的LLC帧的长度，前面提到的DIX标准的MAC帧结构和802.3的MAC帧结构唯一区别就在于这个字段。在DIX标准中，这个字段叫做Type字段，用于指示MAC层的上层协议，这意味着DIX标准的MAC帧可以承载非IEEE 802.2规定的LLC帧，而IEEE802.3只能承载IEEE802.2 LLC帧。LLC数据后面的PAD字段用于填充帧以保证帧长度至少是64字节，规定最短帧长度的目的是为了保证在监听到冲突之前就已经发送完数据的情形不可能发生