第2章 以太网.ppt

华东师范大学计算机科学技术系《计算机网络工程》第2章 以太网（2007－2008学年第二学期） 第2章 以太网 主要内容 以太网的发展 以太网的基本技术 10M以太网 100M快速以太网 1G以太网 以太网交换技术 虚拟局域网 无线局域网 蓝牙技术 2.1 以太网的发展 1976年，施乐（Xerox）公司设计了第一个局域网系统，被命名为Ethernet，带宽为2.94Mbps 1980年，DEC、Intel和Xerox联合发表了Ethernet Version 2规范，将带宽提高到了10Mbps，并正式投入商业市场 1982年12月，IEEE通过了802.3 CSMA/CD规范 1990年，推出交换以太网技术 1993年，推出全双工以太网技术 1995年3月，通过了802.3u，即100Mbps的以太网 1998年6月，通过了802.3z，进入千兆以太网时代 2002年，通过了802.3ae，即10Gbps的以太网 2007年，提出了802.3ba，目标40Gbps/100Gbps 2.1 以太网的发展 小结 从诞生至今已经超过30年，目前尚未出现强有力的竞争对手 以太网取得成功的主要原因是简单和灵活性，简单体现在可靠、低成本、易维护 以太网的成功的另一个因素是与TCP/IP协议能够很好的协调工作 无论是以太网、快速以太网，还是千兆以太网，都采用CSMA/CD MAC层协议和相同的以太网帧结构，使得相互的兼容性好，升级成本低 2.1 以太网的发展 第一张Ethernet原理图 2.2 以太网的基本技术 媒体访问控制技术 数据帧格式 曼彻斯特编码技术 2.2.1 媒体访问控制技术 以太网采用共享媒体方式传输数据信息 总线收发数据 网络上的任何站点都是独立的，存在争用总线的问题 以太网采用CSMA/CD技术解决独立站点共享总线引起的问题 2.2.1 媒体访问控制技术 CSMA协议 Carrier Sense Multiple Access，即载波侦听多路访问 数据帧以广播方式在整个总线上传输 所有连接在总线上的站点都能收听到该数据帧 总线状态：“空闲”和“忙” 每个站点在使用总线发送数据帧前侦听总线，根据总线状态来决定自己发送帧的时间 2.2.1 媒体访问控制技术 CSMA协议决定发送帧时间的算法 2.2.1 媒体访问控制技术 不同CSMA协议的性能对比 2.2.1 媒体访问控制技术 CD协议 Collision Detection，冲突检测协议 冲突：发生两个以上站点同时使用总线的现象 一个站点已经在使用总线，其它站点再去使用总线 CSMA可以避免产生这种类型的冲突 两个站点同时开始使用总线 CSMA无法避免此种冲突的发生，需要由CD协议来弥补 2.2.1 媒体访问控制技术 CD协议 要求数据帧发送站点在发送帧的同时要检测是否产生了冲突 一旦发现冲突，立即停止当前数据帧的发送，并发出一个特殊的冲突信号以通知总线上的其它站点发生了冲突 冲突时间：从数据开始发送到冲突信号在总线上传输给每个站点所花的时间 冲突时间决定了网络直径或总线长度 2.2.1 媒体访问控制技术 以太网中采用了改进后的1-坚持CSMA协议 在帧与帧之间增加帧间隙时间 按后退策略延迟发送 站点检测到冲突后，如果坚持侦听到总线为“空闲”后即发送帧，则必然会再次发生冲突 站点检测到冲突后，需要等待一段随机时间，然后再侦听总线 以太网采用二进制指数退避算法决定需要等待的随机时间长度 2.2.1 媒体访问控制技术 二进制指数退避算法 设：基本时间片为“冲突时间”a，检测到冲突时，取T=ra为等待时间 r=1~2m m为本次发送产生的冲突次数，初始值为0，检测到冲突后加1 如果连续多次（一般为10次）仍然发生冲突，就认为此时不能发送数据帧，网络上出现错误 2.2.1 媒体访问控制技术 冲突时间 冲突时间是站点开始发送帧时，帧可能发生冲突所花费时间的上限 冲突不会发生在冲突时间之后 2.2.1 媒体访问控制技术 冲突检测的时间分析 计算冲突时间公式 2.2.1 媒体访问控制技术 冲突检测的时间分析 A站发送帧时为了能检测到是否发生冲突，它至少要在冲突信号到达之前保持发送，即要求发送帧的所花费的时间必须大于冲突时间 计算最小帧长度 2.2.1 媒体访问控制技术 冲突时间小结 冲突时间在帧发送过程中的作用 它是检测一次冲突所需的最长时间 确定了帧的“最小帧长度” 决定了在总线上出现的最大帧碎片长度 作为冲突后计算帧重新发送所需延迟时间的基本单位 Lmin、S及R作为变量互为正、反比关系 2.2.2 数据帧格式 数据帧是以太网在MAC层的基本传输单位 以太网数据帧格式 Ethernet-II Ethernet Raw 802.3/802.2 SNAP 2.2.2 数据帧格式