数据与计算机通信(第九版)(第16章 以太网).pdf

第16 章 以太网 第16 章 以太网 近年来，局域网（LAN)在技术、设计以及商业应用等各方面发展迅速。在这个发展的 过程中有一个重要的特征，就是为了构建高速局域网而引入各种新的策略。为了紧跟商用局 域网不断变化的要求，一些高速局域网的设计方案已经有了商业产品。其中最重要的有： 快速以太网和千兆位以太网 将10Mbps 的CSMA/CD(带冲突检测的载波监听多点接 入方法）升级为高速网络是合理的策略，因为这样做可以保留对现有系统的投资。 光纤通道 该标准提供了一种花费低且易于升级的方式，可以在局部区域内获得非常 高的数据率。 高速无线局域网 最近，无线局域网技术终于浮出水面，并出现多种髙速标准和产品。 表16.1 列举了这些方式的一些特点。本章其余部分较详细地讨论了以太网。第17 章将 介绍无线局域网。附录M 介绍光纤通道。 16.1 传统以太网 目前使用最广的高速局域网是由IEEE 802.3 标准委员会开发的基于以太网的局域网。 与其他局域网标准一样，它也有媒体接入控制层和物理层。我们将在后面逐一介绍。 16.1.1 IEEE802.3 媒体接入控制 带冲突检测的载波监听多点接入（CSMA/CD)是从一些早期技术发展而来的，如果我们 来了解一下这些早期技术，将有助于对CSMA/CD 操作的理解。 前身 CSMA/CD 及其雏形可以被认为是随机接入或争用技术。之所以称为随机接入，是因为 任意站点的传输时间都无法预测或调度，也就是说站点的传输次序是随机的。因为站点之间 竞争接入媒体的时间，所以说它们是争用的。 1 第16 章 以太网 这些技术中最早的是ALOHA ，它是为分组无线网络研制的。不过它也能应用于任何共 享的传输媒体。ALOHA ，或有时称为纯ALOHA 技术，指明站点可以在任何时间传输帧。 然后它进行一段时间的监听，时间的长度取网络上最大可能来回传播时延（是在两个距离最 远的站点之间传输一个帧的时间的两倍）再加上一个很小的固定时间増量。如果监听期间该 站点收到确认，则传输成功。否则，它将重新传输该帧。如果该站点在重复传输之后仍然没 有收到确认，它将放弃。接收方通过检测帧检测序列字段（就像在 HDLC 中一样）来决断 到达帧的正确性。如果该帧有效且帧首部的目的地址与接收站点地址匹配，则接收站点立即 传输一个确认信息。到达帧可能会因为信道上的噪声或因为有其他站点在同一时传输而失 效。在后一种情况下，两个帧可能在接收方相互干扰以至于两个都不能通过，这就称为冲突。 如果确定一个收到的帧无效，接收方忽略该帧即可。 ALOHA 简单得不能再简单了，但这也带来了其他问题。因为冲突的数量随着负载的增 加而迅速增长，信道的最大利用率只有大约18%。 为了提高效率，开发出了称为时隙ALOHA 的ALOHA 改进版。在此机制下，信道上的 时间被组织成统一的时隙，时隙的长度等于帧的传输时间。这就需要一些中央时钟或其他技 术对所有站点进行同步。所有的传输只允许在时隙的边界处开始。因此，重叠的帧必然是完 全重叠。这就把系统的最大利用率提高到大约37%。 ALOHA 和时隙ALOHA 的利用率都非常低。两者都无法利用分组无线网和局域网共有 的一个重要性质，即帧在站点之间的传播时延远远小于帧的传输时间。考虑这种情况：如果 站点之间的传播时间大于帧的传输时间，那么在某个站点发完一帧后，要经过很长时间其他 站才会知道。而在这段时间里，其他站点也有可能传输帧，那么这两个帧可能发生冲突而谁 也无法到达。事实上，如果距离足够远的话，可能会有越来越多的站点开始传输，一个接着 一个，但谁的帧都无法到达。但是，假设传播时间远小于帧传输时间。在这种情况下，当一 个站点传输时，其他的站点立即知道了。所以，如果能检测到的话，它们会等到第一个站点 发完后再发。这样，冲突将很少发生，因为只有当两个站点几乎同时传输时才可能产生冲突。 也可以从另一个角度来看这个问题一个小的传播时延能提供更好的网络状态的反馈信息，而 这个信息可用于提高效率。 上述事实带来了载波监听多点接入（CSMA)技术的开发。在CSMA 中，想要传输的站 点首先监听信道，判断