以太網(wǎng)技術(shù)原理

1、課程以太網(wǎng)技術(shù)原理目 錄課程說明1課程介紹1課程目標(biāo)1相關(guān)資料1第1章 以太網(wǎng)基礎(chǔ)21.1 802.3的電纜41.2 802.3的MAC子層協(xié)議51.3 IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)：邏輯鏈路控制（LLC）61.4 常用以太網(wǎng)連接方法71.5 快速以太網(wǎng)簡介8課程說明課程介紹本課程主要介紹以太網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和線纜課程目標(biāo)完成本課程的學(xué)習(xí)后，您應(yīng)該能夠：（正文,F2）l 了解IEEE 802協(xié)議族l 了解以太網(wǎng)中常用的線纜相關(guān)資料l IEEE 802.2l IEEE 802.3l IEEE 802.3ul IEEE 802.3z第1章 以太網(wǎng)基礎(chǔ)以太網(wǎng)系統(tǒng)的真正開端是在夏威夷島上建造的用于無線電通信的

2、ALOHA系統(tǒng)。對于采用廣播信道的網(wǎng)絡(luò)而言，最為關(guān)鍵的一個(gè)設(shè)計(jì)問題就是如何給各個(gè)站點(diǎn)分配信道的使用權(quán)。 ALOHA是夏威夷大學(xué)的Norman Abramson和他的伙伴們發(fā)明的一種全新的動態(tài)信道分配方法，其基本思想很簡單：用戶只要有數(shù)據(jù)要發(fā)送，就讓他們發(fā)送。由于廣播的反饋性，發(fā)送方只要偵聽信道就可以知道發(fā)出的數(shù)據(jù)是否被破壞，如果被破壞，發(fā)送方等待一段隨機(jī)的時(shí)間再重發(fā)數(shù)據(jù)。區(qū)別于傳統(tǒng)的靜態(tài)信道訪問方法如TDM（Time Division Multiplexing）、FDM（Frequency Division Multiplexing），ALOHA可以很好的處理數(shù)據(jù)通信的突發(fā)性，提高信道的利用率

3、。后來，為了盡量減少沖突的發(fā)生，在ALOHA 的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了很多的動態(tài)信道分配方法。其中在ALOHA基礎(chǔ)上加入了載波監(jiān)聽的CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）是最重要也是應(yīng)用最為廣泛的一種改進(jìn)。第一個(gè)CSMA/CD系統(tǒng)是由Xerox PARC建造的一個(gè)2.94Mb/s的系統(tǒng)。這也是第一個(gè)被稱為以太網(wǎng)（Ethernet）的系統(tǒng)。1CSMA/CD規(guī)定了一個(gè)想傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)必須執(zhí)行如下步驟：(1) 監(jiān)視信道直到其空閑。(2) 傳輸數(shù)據(jù)，并監(jiān)視信道看是否有沖突發(fā)生。(3) 如果檢測到?jīng)_突發(fā)生，停止傳輸，發(fā)出一個(gè)

4、沖突產(chǎn)生信號，再等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，再回到第一步。這個(gè)隨機(jī)的時(shí)間依如下規(guī)則選擇：如果數(shù)據(jù)包沖突了n（n15，則放棄發(fā)送。Xerox的以太網(wǎng)極其成功，于是它和DEC，Intel共同起草了一份10Mb/s的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)稱為DIX（DEC、Intel、Xerox）。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是IEEE 802.3的基礎(chǔ)。1.1 802.3的電纜以太網(wǎng)使用的物理介質(zhì)主要有：粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、3類雙絞線、5類雙絞線、光纜。表中列出了10M以太網(wǎng)使用的線纜特性。10BASE-T可以使用3類雙絞線（即普通電話線），及其易于維護(hù)的特點(diǎn)實(shí)際上已使其成為10M以太網(wǎng)的主流解決方案。802.3的每個(gè)版本都有一個(gè)區(qū)間最

5、大長度。為了使網(wǎng)絡(luò)范圍更大，可以使用中繼器（Repeater）連接多根電纜，中繼器是一個(gè)物理層設(shè)備，起信號放大作用，對于上層而言，認(rèn)識不到中繼器的存在?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)中繼器和電纜段，但是為了減少因延時(shí)太大而無法監(jiān)聽到線路忙而造成的沖突，802.3規(guī)定兩個(gè)收發(fā)器間不得超過2.5km，任意兩個(gè)收發(fā)器間的路徑上不得有4個(gè)以上的中繼器。1.2 802.3的MAC子層協(xié)議在實(shí)際物理信道上傳輸?shù)闹皇请妷盒盘枺?0.85V 或 -0.85V）的序列，為了在沒有外部參考時(shí)鐘的情況下，接收方能夠正確定位比特的開始與結(jié)束，802.3 10Base采用可以自同步的信號編碼方法：Manchester 編碼或差分

6、Manchester編碼。802.3幀的7個(gè)先導(dǎo)字節(jié)的Manchester編碼會產(chǎn)生10MHz，持續(xù)5.6微秒的方波，這個(gè)信號會使收發(fā)雙方的時(shí)鐘同步很容易，隨后的SFD（10101011）用來指示一幀的開始。在802.3MAC幀中，有兩個(gè)MAC地址字段：目的MAC地址和源MAC地址，都是6個(gè)字節(jié)。802.3幀中的Len字段指示了它所承載的LLC幀的長度，前面提到的DIX標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀結(jié)構(gòu)和802.3的MAC幀結(jié)構(gòu)唯一區(qū)別就在于這個(gè)字段。在DIX標(biāo)準(zhǔn)中，這個(gè)字段叫做Type字段，用于指示MAC層的上層協(xié)議，這意味著DIX標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀可以承載非IEEE 802.2規(guī)定的LLC幀，而IEEE802

7、.3只能承載IEEE802.2 LLC幀。LLC數(shù)據(jù)后面的PAD字段用于填充幀以保證幀長度至少是64字節(jié)，規(guī)定最短幀長度的目的是為了保證在監(jiān)聽到?jīng)_突之前就已經(jīng)發(fā)送完數(shù)據(jù)的情形不可能發(fā)生。IEEE 802.3MAC幀最后一個(gè)字段是校驗(yàn)和字段，用于發(fā)現(xiàn)傳輸中發(fā)生的錯(cuò)誤。1.3 IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)：邏輯鏈路控制（LLC）IEEE除了定義了802.3以太網(wǎng)MAC標(biāo)準(zhǔn)外，還定義了多種802.4（令牌總線網(wǎng)）、802.5（令牌環(huán)網(wǎng)）、802.6（分布隊(duì)列雙路總線）等局域網(wǎng)MAC標(biāo)準(zhǔn)，IEEE定義了IEEE 802.2（邏輯鏈路控制：LLC）隱藏了各種802網(wǎng)絡(luò)之間的差別，向網(wǎng)絡(luò)層提供了一個(gè)統(tǒng)一的格式

8、和接口，這些格式、接口和協(xié)議完全基于OSI。LLC構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的上半層，MAC構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的下半層。LLC提供了三種服務(wù)：不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)、有確認(rèn)的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)和可靠的面向連接的服務(wù)。對于有確認(rèn)的數(shù)據(jù)報(bào)和面向連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)幀中包含了源地址、目的地址、序列號以及其他的一些位。對于不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，省略了序列號和確認(rèn)號。1.4 常用以太網(wǎng)連接方法傳統(tǒng)的10Base5和10Base2都采用直觀的總線拓?fù)涫降倪B接方式：用一根電纜將各臺主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口板連接到一根長長的電纜上，其中10Base5用一個(gè)收發(fā)器牢牢的夾在電纜上，10Base2則用一個(gè)無源的BNC T型接頭連接到電纜上。最為方便的則

9、是10Base-T方式，各臺主機(jī)都用一對雙絞線連接到一個(gè)稱為集線器的中心設(shè)備上。傳統(tǒng)的共享式集線器也可以被看成一根長長的電纜，即一根共享總線。由于這種方式定位故障和增減設(shè)備都比較容易，用集線器連接的方式早已成為主流的解決方案。事實(shí)上，現(xiàn)在的一些集線器產(chǎn)品除了有傳統(tǒng)的雙絞線接口外，還有可能有其他介質(zhì)的接口。1.5 快速以太網(wǎng)簡介現(xiàn)實(shí)世界對于帶寬的需求推動了IEEE 802.3委員會于1992年制定了快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3u 。其中使用3類線的方案是100Base-T4，需要使用4對3類雙絞線，其中一對線連向集線器，一對從集線器引出，另外兩對可以根據(jù)不同通信方向切換。為了達(dá)到所需要的帶寬，沒有采

10、用Manchester編碼，在線路上傳輸?shù)氖?元編碼信號：即一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)線路上信號可能有0、1、2三種狀態(tài)。這樣，在3對雙絞線向同一個(gè)方向發(fā)送的情況下，每個(gè)時(shí)鐘周期就有27種可能的信號，這樣每個(gè)時(shí)鐘周期就可以傳輸4bit而且還有冗余。由于100Base-T4采用的時(shí)鐘頻率是25MHz（注意，容易計(jì)算：10Base-T的時(shí)鐘頻率是20MH），所以獲得了每秒就可以傳輸100M數(shù)據(jù)性能和一個(gè)33.3Mb/s的保留信道。100Base-Tx使用兩對性能很好的5類雙絞線，采用的時(shí)鐘頻率是125MHz。這兩對雙絞線中一對連向集線器，另一對從集線器引出。采用的編碼方法是：每5個(gè)時(shí)鐘周期為一組，每組傳送4bit數(shù)據(jù)。這樣，100Base-Tx就獲得了一個(gè)兩個(gè)方向都是100Mb/s的全雙工信道。100Base-Fx使用了1對多模光纖，每束光纖都可以用于兩個(gè)方向，每個(gè)方向上都可以達(dá)到100Mb/s的傳輸速率。而且最大傳輸距離可達(dá)2km。值得注意的是：100Base-T4和100Base-Tx可以使用交換式或共享式的集線器連接。