LanMan_C05_以太網(wǎng)

1、第五章第五章 以太網(wǎng)以太網(wǎng)通信學(xué)院通信學(xué)院 韋云凱韋云凱局域網(wǎng)與城域網(wǎng)LanMan 2016YKW UESTC第第5章章 以太網(wǎng)以太網(wǎng)v 5.1 概述概述v 5.2 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 5.3 CSMA協(xié)議原理協(xié)議原理v 5.4 MAC的結(jié)構(gòu)與服務(wù)的結(jié)構(gòu)與服務(wù)v 5.5 MAC幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)v 5.6 802.3的的MAC層層v 5.7 物理層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物理層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)v 5.8 PHY規(guī)范規(guī)范v 5.9 小結(jié)與參考資料小結(jié)與參考資料LanMan 2016YKW UESTC5.1 概述歷史概述歷史v 以太網(wǎng)發(fā)展的故事：丑小鴨變成美麗的天鵝以太網(wǎng)發(fā)展的故事：丑小鴨變成美麗的天鵝v 70年代

2、的以太網(wǎng)：被認(rèn)為是年代的以太網(wǎng)：被認(rèn)為是 技術(shù)簡(jiǎn)單粗糙、性能低下，用于非關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)合v 當(dāng)今的以太網(wǎng)：正是一支獨(dú)秀當(dāng)今的以太網(wǎng)：正是一支獨(dú)秀 幾乎獨(dú)占有線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)，幾乎壟斷了園區(qū)網(wǎng) 正在進(jìn)軍城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、甚至廣域網(wǎng) 進(jìn)入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（性能要求）和家庭網(wǎng)絡(luò)（成本要求）v 以太網(wǎng)的發(fā)展以太網(wǎng)的發(fā)展 得益于持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)變革 得益于簡(jiǎn)單、開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)化， 得益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)LanMan 2016YKW UESTC5.1 概述以太網(wǎng)的誕生概述以太網(wǎng)的誕生vALTO ALOHA首次運(yùn)行首次運(yùn)行 1973/05/22，Xerox/PARC Palo Alto Research Center Bob Metc

3、alf & David Boggsv以太網(wǎng)命名以太網(wǎng)命名 當(dāng)天 Metcalf備忘錄改名為Ethernetv以太網(wǎng)的誕生以太網(wǎng)的誕生 1973年5月22日，鮑勃麥特卡夫LanMan 2016YKW UESTC5.1 概述以太網(wǎng)的發(fā)展概述以太網(wǎng)的發(fā)展v 十兆位以太網(wǎng)十兆位以太網(wǎng)1981年，從粗纜、細(xì)纜，到雙絞線(xiàn)產(chǎn)品v 百兆位以太網(wǎng)百兆位以太網(wǎng)1995年，包括雙絞線(xiàn)、短距離光纖產(chǎn)品v 千兆位以太網(wǎng)千兆位以太網(wǎng)1998年，包括中短距離光纖、雙絞線(xiàn)產(chǎn)品v 萬(wàn)兆位以太網(wǎng)萬(wàn)兆位以太網(wǎng)2002年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品v 交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò)v 以太接入網(wǎng)以太接入網(wǎng)20

4、04年，供電信運(yùn)營(yíng)商采用v 以太城域網(wǎng)以太城域網(wǎng)21世紀(jì)至今v 產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展高速推動(dòng)了以太網(wǎng)的進(jìn)步產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展高速推動(dòng)了以太網(wǎng)的進(jìn)步LanMan 2016YKW UESTC5.1 概述今日的以太網(wǎng)概述今日的以太網(wǎng)v 今日以太網(wǎng)今日以太網(wǎng) 在局域網(wǎng)領(lǐng)域一枝獨(dú)秀 是局域網(wǎng)鏈路級(jí)的主導(dǎo)技術(shù) 在園區(qū)級(jí)網(wǎng)絡(luò)幾乎一統(tǒng)天下 延伸到了家庭網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)領(lǐng)域 已經(jīng)走向接入網(wǎng)與城域網(wǎng) 電信級(jí)以太網(wǎng) 運(yùn)營(yíng)級(jí)以太網(wǎng)（PBB/PBT） 正在向廣域網(wǎng)發(fā)展LanMan 2016YKW UESTC5.2 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 5.2.1以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展v 5.2.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)v 5.2.3

5、基本標(biāo)準(zhǔn)基本標(biāo)準(zhǔn)v 5.2.4 增補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)增補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)v 5.2.5 標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)圖標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)圖LanMan 2016YKW UESTC5.2.1以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展v DIX：早期標(biāo)準(zhǔn)：早期標(biāo)準(zhǔn) DEC/Intel/Xerox標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威 DIX Ethernet DIX Ethernet： v1.0-1980、v2.0-1982 曾經(jīng)流行一時(shí)v IEEE 802.3：當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn) IEEE Std 802.3 2015 經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)前的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)LanMan 2016YKW UESTC5.2.2 802.3基本標(biāo)準(zhǔn)基本標(biāo)準(zhǔn)v基本標(biāo)準(zhǔn)基本標(biāo)準(zhǔn) IEEE Std 8

6、02.3 - 1985 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)草案：1982年12月 Xerox專(zhuān)利轉(zhuǎn)移IEEE，802.3成為以太網(wǎng)的同義詞 IEEE Std 802.3 - 2002 802.3 1998 Edition，802.3 2000 Edition 權(quán)威、靈活、簡(jiǎn)約 IEEE Std 802.3 - 2005 IEEE Std 802.3 - 2008 2008：Sep.26、Dec.26 IEEE Std 802.3-2012 IEEE Std 802.3-2015LanMan 2016YKW UESTC5.2.3 802.3增補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)：增補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)：PHYv 以太網(wǎng)進(jìn)步中引人注目的發(fā)展以太網(wǎng)進(jìn)步

7、中引人注目的發(fā)展v 十兆位以太網(wǎng)十兆位以太網(wǎng)802.3 1985 含10BASE-5 10BASE-T802.3i - 1990v 百兆位以太網(wǎng)百兆位以太網(wǎng)802.3u 1995 含100BASE-TXv 千兆位以太網(wǎng)千兆位以太網(wǎng)802.3z - 1998 1000BASE-T802.3ab - 1999v 萬(wàn)兆位以太網(wǎng)萬(wàn)兆位以太網(wǎng)802.3ae - 2002 10GBASE-T802.3an 2006 10GBASE-LRM 802.3aq 2006 背板以太網(wǎng)802.3ap 2007 Ethernet Operation over Electrical BackplanesLanMan 2

8、016YKW UESTC5.2.3 802.3增補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)：其他增補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)：其他v 以太網(wǎng)進(jìn)步中影響深刻的發(fā)展以太網(wǎng)進(jìn)步中影響深刻的發(fā)展v 802.3x - 1997 Full Duplex Operation & Flow Controlv 802.3ac - 1998 Frame Extensions for VLAN Tagging on 802.3 Networksv 802.3ad - 2000 Aggregation of Multiple Link Segmentsv 802.3af - 2003 DTE Power via MDI, ( PoE )v 802.3ah - 2004 S

9、ubscriber access networksv 802.3as - 2006 Frame format extensionsLanMan 2016YKW UESTC5.3 CSMA協(xié)議原理協(xié)議原理v 5.3.1 從從ALOHA到到CSMAv 5.3.2 CSMA協(xié)議中的堅(jiān)持策略協(xié)議中的堅(jiān)持策略v 5.3.3 沖突的監(jiān)測(cè)與退避沖突的監(jiān)測(cè)與退避v 5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v 5.3.5 CSMA算法小結(jié)算法小結(jié)LanMan 2016YKW UESTC5.3 MAC協(xié)議原理協(xié)議原理v MAC協(xié)議：協(xié)議：Media Access Control 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制、介質(zhì)接入控制 提供M

10、AC機(jī)制、協(xié)調(diào)多站點(diǎn)的同時(shí)接入信道 有效使用共享信道之必須v 典型的典型的MAC機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭(zhēng)用機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭(zhēng)用 輪轉(zhuǎn)：重載公平性好 典型協(xié)議是輪詢(xún)和令牌環(huán) 爭(zhēng)用：輕載訪(fǎng)問(wèn)時(shí)延短 典型協(xié)議是CSMA系列 預(yù)約： 適用于長(zhǎng)時(shí)延信道，或中心控制的異信道收發(fā) 典型協(xié)議：預(yù)約ALOHA、Cable Modem、802.16LanMan 2016YKW UESTC5.3.1 從從ALOHA到到CSMAv ALOHA協(xié)議協(xié)議 最早的一種隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，1970年開(kāi)始運(yùn)行 隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)：異步分配機(jī)制，動(dòng)態(tài)訪(fǎng)問(wèn) 為分組無(wú)線(xiàn)電（Packet Radio ）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 協(xié)議非常簡(jiǎn)單：想說(shuō)就說(shuō)、超時(shí)重發(fā) 基本機(jī)

11、制？ 信道利用率不高 純ALOHA協(xié)議效率最高僅：18.4% 時(shí)隙ALOHA協(xié)議的效率最高可達(dá)：36.8% 全網(wǎng)同步增大了實(shí)現(xiàn)難度 協(xié)議機(jī)制非常簡(jiǎn)單但可用于任何共享介質(zhì)傳輸環(huán)境LanMan 2016YKW UESTC5.3.1 從從ALOHA到到CSMAv CSMA：載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)：載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn) carrier sense multiple accessv 基本思路：基本思路：先聽(tīng)后發(fā)先聽(tīng)后發(fā) 站點(diǎn)希望發(fā)送時(shí)則對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng) 如果：信道空閑，則立即啟動(dòng)發(fā)送 否則，信道忙：則推遲到信道空閑后啟動(dòng)發(fā)送v 有效偵聽(tīng)的前提：有效偵聽(tīng)的前提： 信號(hào)傳播時(shí)間遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)間LanMan 2016

12、YKW UESTC5.3.1 從從ALOHA到到CSMAv 根據(jù)根據(jù)“聽(tīng)與說(shuō)聽(tīng)與說(shuō)”可以分爭(zhēng)用型協(xié)議為三類(lèi)可以分爭(zhēng)用型協(xié)議為三類(lèi) LAT: Listen After Talking 說(shuō)了再聽(tīng)，典型協(xié)議： ALOHA LBT: Listen Before Talking 先聽(tīng)后說(shuō)，典型協(xié)議/CSMA，前提是可偵聽(tīng) LWT: Listen While Talking 邊說(shuō)邊聽(tīng)，典型協(xié)議：CSMA/CD 帶沖突檢測(cè)的CSMA協(xié)議v 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC協(xié)議：協(xié)議：CSMA/CDLanMan 2016YKW UESTC5.3.2 CSMA協(xié)議中的堅(jiān)持策略協(xié)議中的堅(jiān)持策略v CSMA協(xié)議中需進(jìn)一步避免

13、沖突協(xié)議中需進(jìn)一步避免沖突 忙閑變更點(diǎn)：訪(fǎng)問(wèn)沖突高發(fā)區(qū) 基本思路：在信道的忙閑變更點(diǎn)堅(jiān)持發(fā)送的概率ABCD產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突沖突沖突沖突沖突沖突LanMan 2016YKW UESTC5.3.2 CSMA協(xié)議中的堅(jiān)持策略協(xié)議中的堅(jiān)持策略v 0堅(jiān)持堅(jiān)持 在忙閑變更點(diǎn)的發(fā)送概率為0。 在變更點(diǎn)不堅(jiān)持發(fā)送，也被稱(chēng)為非堅(jiān)持型 算法簡(jiǎn)單，重負(fù)載性能較好，低負(fù)載信道利用率低ABCD產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)后退后退后退，忙，再次后退后退，忙，再次后退后退，忙，再次后退后退，忙，再次后退LanMan 2016YKW UESTC5.3.2 CSMA協(xié)議中

14、的堅(jiān)持策略協(xié)議中的堅(jiān)持策略v 1堅(jiān)持堅(jiān)持 在忙閑變更點(diǎn)的發(fā)送為概率1 CSMA協(xié)議在信道的忙閑變更點(diǎn)堅(jiān)持發(fā)送 輕載時(shí)性能不錯(cuò)，但在重載時(shí)沖突急劇增加v p堅(jiān)持堅(jiān)持 在忙閑變更點(diǎn)的發(fā)送概率為p 在變更點(diǎn)以概率p發(fā)送、以概率1-p推遲發(fā)送 典型的p堅(jiān)持CSMA協(xié)議只能用于時(shí)隙式CSMA 合適P值選取困難 可根據(jù)不同的負(fù)載選取不同的P值， 最大程度的提高信道的利用率和提高吞吐率v 站點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)意識(shí)：謙讓、進(jìn)取、折中站點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)意識(shí)：謙讓、進(jìn)取、折中LanMan 2016YKW UESTC5.3.3 沖突的監(jiān)測(cè)與退避沖突的監(jiān)測(cè)與退避v CSMA協(xié)議面臨的問(wèn)題協(xié)議面臨的問(wèn)題 發(fā)前先聽(tīng)，一定程度減少了沖突可能

15、性 但是一旦開(kāi)始發(fā)送，站點(diǎn)就置沖突于不顧 即使沖突已經(jīng)產(chǎn)生，站點(diǎn)也一直發(fā)送完一幀 此時(shí)，發(fā)送的全是無(wú)用信號(hào)，完全是浪費(fèi)資源v 協(xié)議改進(jìn)思路：協(xié)議改進(jìn)思路： 不能一旦發(fā)送則不顧一切，以免沖突不斷 沖突檢測(cè)：包括沖突監(jiān)測(cè)與沖突強(qiáng)化 沖突退避：隨機(jī)后退重發(fā)，避免沖突加劇LanMan 2016YKW UESTC5.3.3 CSMA中的沖突檢測(cè)中的沖突檢測(cè)v CSMA/CD：帶沖突檢測(cè)的：帶沖突檢測(cè)的CSMA算法算法 CSMA w. collision detectionv 基本思想基本思想 在 CSMA的基礎(chǔ)上，各站使用沖突檢測(cè)的能力 發(fā)送前偵聽(tīng)信道，發(fā)送初期一直檢測(cè)信道 需要偵聽(tīng)的堅(jiān)持時(shí)段：沖突窗口

16、 如果未檢測(cè)到?jīng)_突，則完整發(fā)送一幀 如果檢測(cè)到?jīng)_突，立即終止本次發(fā)送 不必發(fā)送完本幀，盡快釋放信道 沖突強(qiáng)化：發(fā)送沖突碼，通告全網(wǎng)LanMan 2016YKW UESTC5.3.3 CSMA中的沖突退避中的沖突退避v 沖突退避：沖突退避：CSMA協(xié)議中一個(gè)重要的輔助算法協(xié)議中一個(gè)重要的輔助算法 隨機(jī)后退（backoff），避免沖突的高概率發(fā)生v 共享信道上的沖突共享信道上的沖突 多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)或幾乎同時(shí)在同一共享信道上發(fā)送形成沖突 同時(shí)：工程上通常是同一小時(shí)隙，一個(gè)很短的時(shí)間段v 沖突化解機(jī)制沖突化解機(jī)制 將集中在一個(gè)小時(shí)隙的發(fā)送分散(均勻分布)到多個(gè)小時(shí)隙 下降每個(gè)小時(shí)隙中的發(fā)送企圖，降低沖突

17、產(chǎn)生的概率v 后退區(qū)間逐次加大后退區(qū)間逐次加大 若沖突再次發(fā)生甚至多次發(fā)生 則逐次加大隨機(jī)后退的區(qū)間，繼續(xù)減小小時(shí)隙上的發(fā)送率 這種沖突退避算法是逐步化解沖突的有效機(jī)制LanMan 2016YKW UESTC5.3.3 CSMA中的沖突退避中的沖突退避v 隨機(jī)后退算法應(yīng)當(dāng)具備的特點(diǎn)隨機(jī)后退算法應(yīng)當(dāng)具備的特點(diǎn) 每一站點(diǎn)選取的均勻分布隨機(jī)后退時(shí)間相互獨(dú)立 各站點(diǎn)的重發(fā)后退時(shí)間疊加后仍然呈現(xiàn)均勻分布的特性 方可減小各站點(diǎn)重發(fā)再次產(chǎn)生碰撞的概率 若重發(fā)再次引發(fā)沖突，則需加大后退區(qū)間 意味著同時(shí)等待發(fā)送的站點(diǎn)還是太多 應(yīng)當(dāng)使隨機(jī)分布的區(qū)間的長(zhǎng)度隨重發(fā)次數(shù)的增加而增加 降低等待站點(diǎn)的分布密度以減少再次碰撞

18、的概率v 隨機(jī)退避算法隨機(jī)退避算法 顯著化解了1堅(jiān)持算法中的沖突 也可有效用于：0堅(jiān)持算法與p堅(jiān)持算法v 以太網(wǎng)中的以太網(wǎng)中的CSMA/CD協(xié)議協(xié)議 采用隨機(jī)后退逐次加倍的重發(fā)策略，避免重發(fā)沖突大量增長(zhǎng)LanMan 2016YKW UESTC5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v MAC協(xié)議性能的定量分析是協(xié)議性能的定量分析是MAC協(xié)議研究的重要內(nèi)容協(xié)議研究的重要內(nèi)容 通?？梢圆捎脺y(cè)量、仿真和解析三種方法v 測(cè)量法測(cè)量法 通過(guò)對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)的性能 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果具有針對(duì)目標(biāo)的真實(shí)性 缺點(diǎn)：建立測(cè)量環(huán)境代價(jià)高昂 通常用于網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建立的環(huán)境，對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化十分有用v 仿真法仿真法 使用

19、仿真工具來(lái)模擬目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型的行為并預(yù)測(cè)其性能 軟件仿真或半實(shí)物仿真 優(yōu)點(diǎn)：使用工具而無(wú)需實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，易調(diào)整模型以匹配目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 缺點(diǎn)：仿真結(jié)果取決于模型參數(shù)，仿真性能值遠(yuǎn)不如測(cè)量值準(zhǔn)確 通常用于網(wǎng)絡(luò)建立之前的性能分析LanMan 2016YKW UESTC5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v 解析法解析法 建立表征協(xié)議性能的解析式，并用之分析網(wǎng)絡(luò)性能 優(yōu)點(diǎn)：若解析模型確實(shí)可完全表示協(xié)議則解析結(jié)果十分精確 缺點(diǎn)：一個(gè)復(fù)雜協(xié)議的精確解析關(guān)系幾乎都是不可能建立的 通常用于協(xié)議研究初期分析，是協(xié)議的理論分析的通常作法 通過(guò)一些合理的近似和假設(shè)，根據(jù)排隊(duì)論的理論建立簡(jiǎn)化的解析式v 解析法的通常假設(shè)

20、：解析法的通常假設(shè)： 信道上的發(fā)送站數(shù)量無(wú)限多且相互獨(dú)立 信道上各個(gè)數(shù)據(jù)幀的比特率與長(zhǎng)度均相同 各數(shù)據(jù)源的發(fā)送 相互獨(dú)立，滿(mǎn)足泊松分布，任何時(shí)候都只有一幀待發(fā)LanMan 2016YKW UESTC5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v MAC協(xié)議的性能協(xié)議的性能 可以用多種指標(biāo)表征v 協(xié)議的性能分析協(xié)議的性能分析 可以是更為多種的關(guān)系表達(dá)式v G-S圖：最常見(jiàn)的性能圖圖：最常見(jiàn)的性能圖v G：網(wǎng)絡(luò)承載負(fù)載：網(wǎng)絡(luò)承載負(fù)載 單位時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)發(fā)送的歸一化總數(shù)據(jù)率 包括成功、失敗與重發(fā)的發(fā)送v S：網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量：網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量 單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臍w一化總數(shù)據(jù)率LanMan 2016YKW UE

21、STC5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v MAC協(xié)議性能：協(xié)議性能： ALOHA與與CSMA族族 G S圖：網(wǎng)絡(luò)承載負(fù)載網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量LanMan 2016YKW UESTC5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v MAC協(xié)議性能：純協(xié)議性能：純 ALOHA與時(shí)隙與時(shí)隙ALOHA G S圖：網(wǎng)絡(luò)承載負(fù)載網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量LanMan 2016YKW UESTC5.3.4 CSMA協(xié)議的性能協(xié)議的性能v MAC協(xié)議性能：協(xié)議性能： p堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA G S圖：網(wǎng)絡(luò)承載負(fù)載網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量LanMan 2016YKW UESTC5.4 MAC的結(jié)構(gòu)與服務(wù)的結(jié)構(gòu)與服務(wù)v 5.4.1 MAC子層

22、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)子層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)v 5.4.2 MAC服務(wù)服務(wù)v 5.4.3 MAC控制服務(wù)控制服務(wù)LanMan 2016YKW UESTC5.4.1 MAC子層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)子層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)v 802.3的的MAC子層結(jié)子層結(jié)構(gòu)構(gòu) 802.3規(guī)范包括：規(guī)范包括： MAC子層、物理層子層、物理層 可選：可選：MAC控制子層控制子層 MAC控制的功能控制的功能 實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)控制MAC子層運(yùn)行子層運(yùn)行 MAC控制的透明性控制的透明性 對(duì)對(duì)MAC基本運(yùn)行透明基本運(yùn)行透明 透?jìng)魍競(jìng)鱉AC基本原語(yǔ)基本原語(yǔ) MAC客戶(hù)對(duì)之不察覺(jué)客戶(hù)對(duì)之不察覺(jué)v 以太網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu) Fig.31-1, 802.3-2005MAC控

23、制子層控制子層（可選）（可選）LanMan 2016YKW UESTC5.4.2 MAC服務(wù)服務(wù)vMAC服務(wù)原語(yǔ)服務(wù)原語(yǔ) Fig. 2-1, IEEE 802.3asLanMan 2016YKW UESTC5.4.2 MAC服務(wù)服務(wù)v CSMA/CD MAC子層的服務(wù)原語(yǔ)子層的服務(wù)原語(yǔ) 基本服務(wù)原語(yǔ)、兩個(gè)，必須提供基本服務(wù)原語(yǔ)、兩個(gè)，必須提供 請(qǐng)求原語(yǔ)請(qǐng)求原語(yǔ) MA_DATA.request ( DA, SA, MSDU, FCS ) 指示原語(yǔ)指示原語(yǔ) MA_DATA.indication ( DA, SA, MSDU, FCS ,RecStatus ) 注意：服務(wù)類(lèi)型是無(wú)連接模式無(wú)確認(rèn)服務(wù)注

24、意：服務(wù)類(lèi)型是無(wú)連接模式無(wú)確認(rèn)服務(wù)LanMan 2016YKW UESTC5.4.3 MAC控制服務(wù)控制服務(wù)v MAC控制子層支持的層間服務(wù)接口控制子層支持的層間服務(wù)接口 Fig. 31-2, IEEE 802.3asLanMan 2016YKW UESTC5.4.3 MAC控制服務(wù)控制服務(wù)v MAC控制子層向上提供兩類(lèi)服務(wù)控制子層向上提供兩類(lèi)服務(wù) 原有：原有：MAC基本原語(yǔ)、透明傳遞基本原語(yǔ)、透明傳遞 新增：新增：MAC控制原語(yǔ)控制原語(yǔ)v 基本原語(yǔ)的透明傳遞基本原語(yǔ)的透明傳遞 MCF: MA_DATA.request 透?jìng)鳛椋和競(jìng)鳛椋篗AC:MA_DATA.request MCF: MA_D

25、ATA.indication 透?jìng)鳎和競(jìng)鳎篗AC: MA_DATA.indication而產(chǎn)生而產(chǎn)生LanMan 2016YKW UESTC5.4.3 MAC控制服務(wù)控制服務(wù)v MAC控制原語(yǔ)控制原語(yǔ) MA_CONTROL.request （DA, opcode, request_operand_list） SA不是請(qǐng)求原語(yǔ)的參數(shù) MA_CONTROL.indication （opcode, indication_operand_list） DA/SA都不是指示原語(yǔ)的參數(shù) 注意：幀格式中仍然是DA/SA雙地址段LanMan 2016YKW UESTC5.5 MAC幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)v 5.5.1 以

26、太網(wǎng)分組以太網(wǎng)分組v 5.5.2 MAC幀幀v 5.5.3 MAC控制幀控制幀v 5.5.4 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持v 5.5.5 小結(jié)小結(jié)LanMan 2016YKW UESTC5.5.1 以太網(wǎng)分組以太網(wǎng)分組v以太網(wǎng)分組以太網(wǎng)分組（Ethernet packet） 分組是：以太網(wǎng)在介質(zhì)上收發(fā)的數(shù)據(jù)單元分組是：以太網(wǎng)在介質(zhì)上收發(fā)的數(shù)據(jù)單元 體現(xiàn)了以太網(wǎng)：體現(xiàn)了以太網(wǎng)：“基于分組基于分組”的通信機(jī)制的通信機(jī)制 分組中封裝了分組中封裝了MAC幀幀 分組元素：分組元素： 前導(dǎo)（前導(dǎo)（preamble）：）：7八位組，用于物理層的電路同步八位組，用于物理層的電路同步 幀起始定界符：

27、幀起始定界符：1八位組、八位組、10101011，界定，界定MAC幀起始幀起始 SFD: Start Frame Delimiter 擴(kuò)展：僅用于擴(kuò)展：僅用于1000Mbit/s半雙工模式半雙工模式LanMan 2016YKW UESTC5.5.3 MAC幀幀v新標(biāo)準(zhǔn)（新標(biāo)準(zhǔn)（802.3as）定義了三類(lèi)）定義了三類(lèi)MAC幀幀 basic frame：基本幀：基本幀 無(wú)標(biāo)幀：不允許附加標(biāo)志無(wú)標(biāo)幀：不允許附加標(biāo)志 Q-tagged frame：Q加標(biāo)幀加標(biāo)幀 MAC幀含特定類(lèi)型值，參見(jiàn)幀含特定類(lèi)型值，參見(jiàn)IEEE 802.1Q envelope frame：套封幀：套封幀 僅用于封裝的高層協(xié)議的附

28、加前綴僅用于封裝的高層協(xié)議的附加前綴/后綴后綴 高層協(xié)議：運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)橋（高層協(xié)議：運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)橋（PBB）、）、MAC安全、安全、MPLS，v802.3-2008起納入基本標(biāo)準(zhǔn)定義起納入基本標(biāo)準(zhǔn)定義LanMan 2016YKW UESTC5.5.3 MAC幀幀v MAC幀：三類(lèi)幀均使用相同的幀格式幀：三類(lèi)幀均使用相同的幀格式v 三類(lèi)幀的最大幀長(zhǎng)與客戶(hù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度如下表三類(lèi)幀的最大幀長(zhǎng)與客戶(hù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度如下表LanMan 2016YKW UESTC5.5.3 MAC幀幀vMAC幀格式如下幀格式如下vMAC幀中的字段：幀中的字段： DA/ SA ：目的地址：目的地址/源地址，源地址，6八位組（八位組（48比特）

29、比特） 早期版本也允許早期版本也允許16比特地址比特地址 Len/Typ：長(zhǎng)度：長(zhǎng)度/類(lèi)型，類(lèi)型，2八位組八位組 MAC客戶(hù)數(shù)據(jù)：任意的客戶(hù)數(shù)據(jù)客戶(hù)數(shù)據(jù)：任意的客戶(hù)數(shù)據(jù) 填充：當(dāng)客戶(hù)數(shù)據(jù)過(guò)短時(shí)，適當(dāng)填充以保持最短填充：當(dāng)客戶(hù)數(shù)據(jù)過(guò)短時(shí)，適當(dāng)填充以保持最短幀長(zhǎng)幀長(zhǎng) FCS：幀校驗(yàn)序列，由：幀校驗(yàn)序列，由CRC-32多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式生成LanMan 2016YKW UESTC5.5.3 MAC幀幀v 長(zhǎng)度長(zhǎng)度/類(lèi)型（類(lèi)型（Length/Type ）字段）字段 段長(zhǎng)：段長(zhǎng)：2八位組八位組 字段取值不同而成為兩種描述符之一字段取值不同而成為兩種描述符之一 字段值不重疊，因而含義互斥字段值不重疊，因而含

30、義互斥 值值1500（0 x05DC）：長(zhǎng)度描述符）：長(zhǎng)度描述符 指示本基本幀中指示本基本幀中MAC客戶(hù)數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度客戶(hù)數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度 值值1536（0 x0600）：類(lèi)型描述符）：類(lèi)型描述符 指示幀承載的指示幀承載的MAC客戶(hù)協(xié)議類(lèi)型客戶(hù)協(xié)議類(lèi)型LanMan 2016YKW UESTC5.5.3 MAC幀幀v已經(jīng)定義的以太類(lèi)型值如下已經(jīng)定義的以太類(lèi)型值如下 0 x05DCLength 0 x0800IPv4 0 x0806ARP 0 x8035RARP 0 x814CSNMP 0 x86DDIPv6 0 x8808MAC控制幀 0 x880BPPP 0 x8E88EAPoLLanMan 201

31、6YKW UESTC5.5.4 MAC控制幀控制幀v MAC數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 在在MAC子層與子層與MAC客戶(hù)之間傳遞客戶(hù)之間傳遞 MAC控制子層控制子層“透?jìng)魍競(jìng)鳌边@些這些MAC幀幀v MAC控制幀控制幀 MAC控制子層中的特定功能控制子層中的特定功能 由由MAC控制子層實(shí)體本身處理控制子層實(shí)體本身處理 典型典型MAC控制幀控制幀 暫停幀、暫停幀、EPON控制幀控制幀LanMan 2016YKW UESTC5.5.4 MAC控制幀控制幀v MAC控制幀格式如下控制幀格式如下v MAC幀中的字段：幀中的字段： DA/ SA ：6八位組，目的地址八位組，目的地址/源地址源地址 Len/Type：2八

32、位組，控制幀類(lèi)型值八位組，控制幀類(lèi)型值=0 x8808 MAC控制操作碼：控制操作碼：2八位組，指示八位組，指示MAC控制功能控制功能 MAC控制參數(shù)：控制參數(shù)列表，長(zhǎng)度取決于操作碼控制參數(shù)：控制參數(shù)列表，長(zhǎng)度取決于操作碼 填充：適當(dāng)填充以保持最短幀長(zhǎng)填充：適當(dāng)填充以保持最短幀長(zhǎng) FCS：幀校驗(yàn)序列，由：幀校驗(yàn)序列，由CRC-32多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式生成DASALen/TypMAC控制控制操作碼操作碼MAC控制控制參數(shù)參數(shù)填充填充FCSLanMan 2016YKW UESTC5.5.4 MAC控制幀控制幀v 暫停幀格式如下暫停幀格式如下v 字段值說(shuō)明：字段值說(shuō)明： DA：01-80-C2-00-0

33、0-01，暫停功能、全球分配組播地址，暫停功能、全球分配組播地址 SA ：請(qǐng)求暫停的：請(qǐng)求暫停的48比特源地址比特源地址 類(lèi)型：類(lèi)型：0 x8808，控制幀類(lèi)型值，控制幀類(lèi)型值 操作碼：操作碼：00-01，“PAUSE”，暫停功能操作碼，暫停功能操作碼 操作數(shù)：操作數(shù)： 0-65535，暫停請(qǐng)求值，以，暫停請(qǐng)求值，以512比特時(shí)長(zhǎng)為單位比特時(shí)長(zhǎng)為單位 填充：適當(dāng)填充以保持最短幀長(zhǎng)填充：適當(dāng)填充以保持最短幀長(zhǎng) FCS：幀校驗(yàn)序列，由：幀校驗(yàn)序列，由CRC-32多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式生成DASA控制類(lèi)型控制類(lèi)型暫停暫停暫停暫停操作碼操作碼暫停暫停操作數(shù)操作數(shù)填充填充FCSLanMan 2016YKW U

34、ESTC5.5.5 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持v MAC幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心技術(shù)之一幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心技術(shù)之一 幀結(jié)構(gòu)的重要性作用越來(lái)越得到共識(shí)幀結(jié)構(gòu)的重要性作用越來(lái)越得到共識(shí) 是是802.3標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容 幀結(jié)構(gòu)演進(jìn)的重點(diǎn)：幀結(jié)構(gòu)演進(jìn)的重點(diǎn)： IP承載的支持、多重加封承載的支持、多重加封v MAC幀對(duì)承載幀對(duì)承載IP分組的支持分組的支持 802.3-1985 必須配合必須配合LLC使用，承載使用，承載IP十分繁雜十分繁雜 802.3-2002 恢復(fù)恢復(fù)Ethernet 的思路，靈活、實(shí)用、簡(jiǎn)約的思路，靈活、實(shí)用、簡(jiǎn)約LanMan 2016YKW UEST

35、C5.5.5 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持v85版幀格式版幀格式 IEEE 802.3-1985 PR/SFD/DA/SA/Len/LLCdata/pad/FCS 面向面向LLC提供服務(wù)提供服務(wù) 能，并且只能承載能，并且只能承載LLC PDU數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：461500 八位組八位組6264DASAFCSPR SFD17幀長(zhǎng)：幀長(zhǎng)：641518八位組八位組CRC校驗(yàn)范圍校驗(yàn)范圍LenLLC DataPadv 02版定義了兩種幀格式版定義了兩種幀格式 基本MAC幀格式：見(jiàn)下圖 擴(kuò)展MAC幀格式：用于含QTag前綴的幀Len/TypMAC Client DataPad6264DA

36、SAFCSPRSFD17幀長(zhǎng)度幀長(zhǎng)度：641518八位組八位組校驗(yàn)范圍校驗(yàn)范圍數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：461500八位組八位組LanMan 2016YKW UESTC5.5.5 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持LanMan 2016YKW UESTC5.5.5 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持v 基本基本MAC幀格式幀格式 02版沿用了98編輯版以來(lái)的重要改動(dòng) 長(zhǎng)度段 長(zhǎng)度/類(lèi)型段 LLC數(shù)據(jù) MAC客戶(hù)數(shù)據(jù) 幀格式改變的重要意義 802.3的MAC幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù) 只要在Type字段說(shuō)明即可 MAC可以無(wú)需LLC，直接為N層提供服務(wù)！ IP over Ethernet，IP

37、 over 802.3LanMan 2016YKW UESTC5.5.5 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持v85版幀格式的版幀格式的IP承載承載 85版版MAC幀中只能封裝幀中只能封裝LLC PDU（IEEE 802.2） LLC PDU中再封裝中再封裝SNAP( RFC 1042 )報(bào)文報(bào)文 Sub-Network Access Protocol SNAP報(bào)文中再封裝報(bào)文中再封裝IP分組分組 多重加封的格式：多重加封的格式： MAC首部首部+ LLC首部首部 + SNAP首部首部LanMan 2016YKW UESTC5.5.5 幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)幀結(jié)構(gòu)演變對(duì)IP的支持的支持v 兩種幀結(jié)構(gòu)

38、的兩種幀結(jié)構(gòu)的IP承載承載 如右圖所示如右圖所示v 85版：版： Len是單一字段是單一字段 MAC幀只能封裝幀只能封裝LLC PDU LLC PDU中封裝中封裝SNAP報(bào)文報(bào)文 SNAP報(bào)文中封裝報(bào)文中封裝IP分組分組v 02版：版： Len/Typ是雙含義字段是雙含義字段 Typ=0800 指示：指示：MAC幀承載幀承載IP分組分組IP (IETF RFC 894)SNAP (IETF RFC 1042)LLC (IEEE 802.2)MAC (IEEE 802.3-1985)PHY (IEEE 802.3)IP (IETF RFC 894)MAC (IEEE 802.3-2002)PHY

39、 (IEEE 802.3)LanMan 2016YKW UESTC5.5.6 小結(jié)小結(jié)v以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)幀的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn) IEEE Std 802.3 20012：vMAC演變的主要影響演變的主要影響 IP承載的支持承載的支持 多重加封的支持多重加封的支持 IEEE std 802.1Q-2005 IEEE std 802.1ad-2005 IEEE std 802.1ah-2008vMAC幀在幀在802.3標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)越來(lái)越重要標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)越來(lái)越重要LanMan 2016YKW UESTC5.6 802.3的的MAC層層v IEEE 802.3中的中的MAC協(xié)議協(xié)議 CSMA/CD算法

40、的增強(qiáng)與合理算法的增強(qiáng)與合理 增強(qiáng)：一系列輔助算法增強(qiáng)：一系列輔助算法 保證可靠檢測(cè)沖突保證可靠檢測(cè)沖突 沖突檢測(cè)與強(qiáng)化沖突檢測(cè)與強(qiáng)化 一旦沖突發(fā)生，如何盡量避免沖突擴(kuò)大化？一旦沖突發(fā)生，如何盡量避免沖突擴(kuò)大化？ 二進(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)隨機(jī)后退二進(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)隨機(jī)后退 合理：多個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù)合理：多個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù) 站點(diǎn)發(fā)送后還需要繼續(xù)偵聽(tīng)多長(zhǎng)時(shí)間，等等站點(diǎn)發(fā)送后還需要繼續(xù)偵聽(tīng)多長(zhǎng)時(shí)間，等等LanMan 2016YKW UESTC5.6 802.3的的MAC層層v 5.6.1 MAC層的功能層的功能v 5.6.2 CSMA/CD的運(yùn)行的運(yùn)行v 5.6.3 訪(fǎng)問(wèn)的一致性訪(fǎng)問(wèn)的一致性v 5.6.4 沖突檢測(cè)與沖突

41、通告沖突檢測(cè)與沖突通告v 5.6.5 隨機(jī)退避與重發(fā)隨機(jī)退避與重發(fā)v 5.6.6 系統(tǒng)參數(shù)值系統(tǒng)參數(shù)值v 5.6.7 全雙工模式全雙工模式LanMan 2016YKW UESTC5.6.1 MAC層的功能層的功能v IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)中的MAC子層子層 定義了介質(zhì)無(wú)關(guān)的設(shè)施定義了介質(zhì)無(wú)關(guān)的設(shè)施 建立在介質(zhì)相關(guān)的物理設(shè)施之上建立在介質(zhì)相關(guān)的物理設(shè)施之上 物理設(shè)施由物理層提供物理設(shè)施由物理層提供 位于訪(fǎng)問(wèn)層無(wú)關(guān)的高層之下位于訪(fǎng)問(wèn)層無(wú)關(guān)的高層之下 LLC子層或其他子層或其他MAC客戶(hù)客戶(hù) 使用使用CSMA/CD的共享介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方法的共享介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方法 基本功能是：數(shù)據(jù)封裝與介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)

42、管理基本功能是：數(shù)據(jù)封裝與介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)管理 MAC子層之上可以有任選的子層之上可以有任選的MAC控制子層控制子層LanMan 2016YKW UESTC5.6.1 MAC層的功能層的功能v 兩個(gè)主要功能，執(zhí)行兩個(gè)主要功能，執(zhí)行DL控制規(guī)程控制規(guī)程v 數(shù)據(jù)封裝：收發(fā)過(guò)程的加拆封數(shù)據(jù)封裝：收發(fā)過(guò)程的加拆封 成幀：幀定界與幀同步成幀：幀定界與幀同步 編址：處理源地址與目的地址編址：處理源地址與目的地址 差錯(cuò)檢測(cè)：檢測(cè)物理介質(zhì)的傳輸差錯(cuò)差錯(cuò)檢測(cè)：檢測(cè)物理介質(zhì)的傳輸差錯(cuò)v 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)管理介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)管理 介質(zhì)的分配：避免沖突的發(fā)生介質(zhì)的分配：避免沖突的發(fā)生 爭(zhēng)用的解決：沖突產(chǎn)生后的處理爭(zhēng)用的解決：沖突產(chǎn)生后的處理

43、LanMan 2016YKW UESTC5.6.1 MAC層的功能層的功能v MAC子層的運(yùn)行模式子層的運(yùn)行模式 802.3標(biāo)準(zhǔn)提供兩種截然不同的運(yùn)行模式標(biāo)準(zhǔn)提供兩種截然不同的運(yùn)行模式 modes of operation 從從1998編輯版開(kāi)始提供編輯版開(kāi)始提供 半雙工模式（半雙工模式（half duplex ） 使用使用CSMA/CD算法競(jìng)爭(zhēng)使用共享的物理介質(zhì)算法競(jìng)爭(zhēng)使用共享的物理介質(zhì) 介質(zhì)上的多站點(diǎn)、廣播通信介質(zhì)上的多站點(diǎn)、廣播通信 全雙工模式（全雙工模式（full duplex） 獨(dú)占使用物理介質(zhì)，完全無(wú)需獨(dú)占使用物理介質(zhì)，完全無(wú)需CSMA/CD算法算法 介質(zhì)上的全雙工信道、兩個(gè)站點(diǎn)獨(dú)

44、享介質(zhì)上的全雙工信道、兩個(gè)站點(diǎn)獨(dú)享LanMan 2016YKW UESTC5.6.2 CSMA/CD的運(yùn)行的運(yùn)行v 5.6.2.1 CSMA/CD算法要點(diǎn)算法要點(diǎn)v 5.6.2.2 無(wú)爭(zhēng)用發(fā)送無(wú)爭(zhēng)用發(fā)送v 5.6.2.3 無(wú)爭(zhēng)用接收無(wú)爭(zhēng)用接收v 5.6.2.4 訪(fǎng)問(wèn)受擾與恢復(fù)訪(fǎng)問(wèn)受擾與恢復(fù)LanMan 2016YKW UESTC5.6.2.1 CSMA/CD算法要點(diǎn)算法要點(diǎn)v802.3中的算法要點(diǎn)為：中的算法要點(diǎn)為： 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA/CD算法算法 1堅(jiān)持：及時(shí)利用信道空閑傳送，減小時(shí)延堅(jiān)持：及時(shí)利用信道空閑傳送，減小時(shí)延 注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時(shí)，注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時(shí)，1堅(jiān)持算法沖突嚴(yán)重堅(jiān)持算法沖

45、突嚴(yán)重 CD：及時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少?zèng)_突可能性：及時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少?zèng)_突可能性 沖突強(qiáng)化機(jī)制沖突強(qiáng)化機(jī)制 檢測(cè)到?jīng)_突立即發(fā)送相當(dāng)長(zhǎng)度的沖突強(qiáng)化信號(hào)檢測(cè)到?jīng)_突立即發(fā)送相當(dāng)長(zhǎng)度的沖突強(qiáng)化信號(hào) 讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測(cè)沖突讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測(cè)沖突 二進(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)隨機(jī)后退二進(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)隨機(jī)后退 發(fā)生沖突，各站點(diǎn)隨機(jī)后退后啟動(dòng)重發(fā)，避開(kāi)再次沖突發(fā)生沖突，各站點(diǎn)隨機(jī)后退后啟動(dòng)重發(fā)，避開(kāi)再次沖突 二進(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)：每次沖突、退避時(shí)間段加倍二進(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)：每次沖突、退避時(shí)間段加倍 多次沖突時(shí)減少?zèng)_突概率，在信道高負(fù)荷時(shí)也不易堵塞多次沖突時(shí)減少?zèng)_突概率，在信道高負(fù)荷時(shí)也不易堵塞LanMan 20

46、16YKW UESTC5.6.2.2 無(wú)爭(zhēng)用發(fā)送無(wú)爭(zhēng)用發(fā)送v 無(wú)爭(zhēng)用發(fā)送過(guò)程無(wú)爭(zhēng)用發(fā)送過(guò)程 發(fā)送站監(jiān)聽(tīng)載波偵聽(tīng)信號(hào)發(fā)送站監(jiān)聽(tīng)載波偵聽(tīng)信號(hào) “載波載波”僅僅是一種術(shù)語(yǔ)沿用僅僅是一種術(shù)語(yǔ)沿用 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)發(fā)送管理（部件）可能推遲遞交流量介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)發(fā)送管理（部件）可能推遲遞交流量 以力圖避免與其他流量爭(zhēng)用介質(zhì)以力圖避免與其他流量爭(zhēng)用介質(zhì) 如果介質(zhì)空閑（如果介質(zhì)空閑（clear） 等待短暫的幀間延遲后啟動(dòng)幀發(fā)送等待短暫的幀間延遲后啟動(dòng)幀發(fā)送 為其它為其它MAC子層和物理介質(zhì)提供恢復(fù)時(shí)間子層和物理介質(zhì)提供恢復(fù)時(shí)間 MAC子層向物理層提供串行位流供發(fā)送子層向物理層提供串行位流供發(fā)送 物理層生成介質(zhì)上的電信號(hào)、載

47、波偵聽(tīng)信號(hào)物理層生成介質(zhì)上的電信號(hào)、載波偵聽(tīng)信號(hào)LanMan 2016YKW UESTC5.6.2.3 無(wú)爭(zhēng)用接收無(wú)爭(zhēng)用接收v 無(wú)爭(zhēng)用接收是典型的數(shù)據(jù)鏈路接收過(guò)程無(wú)爭(zhēng)用接收是典型的數(shù)據(jù)鏈路接收過(guò)程v 幀接收幀接收 物理層物理層 用收到的前綴同步，并打開(kāi)接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)用收到的前綴同步，并打開(kāi)接收數(shù)據(jù)有效信號(hào) 編碼位轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)遞交編碼位轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)遞交MAC層層 MAC層層 接收比特流，丟棄前導(dǎo)比特（前綴及接收比特流，丟棄前導(dǎo)比特（前綴及SFD） 接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)移去時(shí)完成幀接收并遞交拆封接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)移去時(shí)完成幀接收并遞交拆封v 數(shù)據(jù)拆封數(shù)據(jù)拆封 核對(duì)核對(duì)DA決定是否應(yīng)當(dāng)接收決定是

48、否應(yīng)當(dāng)接收 分拆幀中各數(shù)據(jù)段和相應(yīng)狀態(tài)碼遞交分拆幀中各數(shù)據(jù)段和相應(yīng)狀態(tài)碼遞交MAC客戶(hù)客戶(hù) 有效幀檢查：有效幀檢查：FCS、八位組邊界、八位組邊界LanMan 2016YKW UESTC5.6.2.4 訪(fǎng)問(wèn)受擾與恢復(fù)訪(fǎng)問(wèn)受擾與恢復(fù)v 訪(fǎng)問(wèn)沖突的產(chǎn)生訪(fǎng)問(wèn)沖突的產(chǎn)生 在沖突窗口內(nèi)多站同時(shí)發(fā)送會(huì)產(chǎn)生沖突（在沖突窗口內(nèi)多站同時(shí)發(fā)送會(huì)產(chǎn)生沖突（Collision） 全雙工模式運(yùn)行，則不會(huì)產(chǎn)生沖突全雙工模式運(yùn)行，則不會(huì)產(chǎn)生沖突v 沖突窗口：窗口之外不會(huì)產(chǎn)生沖突沖突窗口：窗口之外不會(huì)產(chǎn)生沖突 發(fā)送信號(hào)的往返傳播時(shí)間發(fā)送信號(hào)的往返傳播時(shí)間 其它待發(fā)站偵聽(tīng)到載波即不再啟動(dòng)發(fā)送其它待發(fā)站偵聽(tīng)到載波即不再啟動(dòng)發(fā)送v

49、 沖突處理沖突處理 物理層檢測(cè)到介質(zhì)上的干擾，則打開(kāi)沖突監(jiān)測(cè)信號(hào)物理層檢測(cè)到介質(zhì)上的干擾，則打開(kāi)沖突監(jiān)測(cè)信號(hào) MAC層發(fā)送阻塞（層發(fā)送阻塞（jam）比特序列以通告全網(wǎng)）比特序列以通告全網(wǎng) 發(fā)送管理終止當(dāng)前發(fā)送，后退隨機(jī)時(shí)段后調(diào)度重發(fā)發(fā)送管理終止當(dāng)前發(fā)送，后退隨機(jī)時(shí)段后調(diào)度重發(fā) 沖突重復(fù)發(fā)生則延長(zhǎng)后退時(shí)段均值啟動(dòng)重發(fā)沖突重復(fù)發(fā)生則延長(zhǎng)后退時(shí)段均值啟動(dòng)重發(fā) 直到重發(fā)成功，或達(dá)到最大重發(fā)次數(shù)而放棄發(fā)送并報(bào)告上層直到重發(fā)成功，或達(dá)到最大重發(fā)次數(shù)而放棄發(fā)送并報(bào)告上層ABCD產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突沖突沖突沖突沖突沖突LanMan 2016YKW UESTC5.6.3 訪(fǎng)問(wèn)的一

50、致性訪(fǎng)問(wèn)的一致性v 協(xié)議的前臺(tái)是精確細(xì)節(jié)的規(guī)范協(xié)議的前臺(tái)是精確細(xì)節(jié)的規(guī)范 協(xié)議的深層次支撐則是基礎(chǔ)的機(jī)制與理念協(xié)議的深層次支撐則是基礎(chǔ)的機(jī)制與理念v CSMA/CD協(xié)議協(xié)議 基本的機(jī)制與理念基本的機(jī)制與理念 多站點(diǎn)分布協(xié)調(diào)對(duì)共享介質(zhì)的訪(fǎng)問(wèn)多站點(diǎn)分布協(xié)調(diào)對(duì)共享介質(zhì)的訪(fǎng)問(wèn) 多站點(diǎn)行動(dòng)一致，特別是與介質(zhì)上的載波保持一致多站點(diǎn)行動(dòng)一致，特別是與介質(zhì)上的載波保持一致v 802.3中的中的“ Carrier Deference ” 多站點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)行為協(xié)調(diào)一致，例如不能搶發(fā)多站點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)行為協(xié)調(diào)一致，例如不能搶發(fā) 最主要的是站點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)與介質(zhì)上的載波保持一致最主要的是站點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)與介質(zhì)上的載波保持一致 “載波載波”

51、僅是習(xí)慣用語(yǔ)，當(dāng)前以太網(wǎng)使用基帶調(diào)制并沒(méi)有載波僅是習(xí)慣用語(yǔ)，當(dāng)前以太網(wǎng)使用基帶調(diào)制并沒(méi)有載波LanMan 2016YKW UESTC5.6.4 沖突檢測(cè)與沖突通告沖突檢測(cè)與沖突通告v 沖突處理與時(shí)隙（沖突處理與時(shí)隙（slot time） 時(shí)隙長(zhǎng)度：時(shí)隙長(zhǎng)度： 物理層往返物理層往返+MAC層阻塞層阻塞 512比特比特/64八位組八位組 重發(fā)調(diào)度粒度、介質(zhì)獲得時(shí)間與碎片長(zhǎng)度上限重發(fā)調(diào)度粒度、介質(zhì)獲得時(shí)間與碎片長(zhǎng)度上限v 沖突監(jiān)測(cè)與強(qiáng)化沖突監(jiān)測(cè)與強(qiáng)化 物理層一直提供沖突監(jiān)測(cè)信號(hào)物理層一直提供沖突監(jiān)測(cè)信號(hào) MAC發(fā)送時(shí)一直監(jiān)視該信號(hào)發(fā)送時(shí)一直監(jiān)視該信號(hào) 幀傳輸期檢測(cè)到?jīng)_突則改發(fā)阻塞信號(hào)通告全網(wǎng)幀傳輸期

52、檢測(cè)到?jīng)_突則改發(fā)阻塞信號(hào)通告全網(wǎng) 802.3并不規(guī)定阻塞信號(hào)的統(tǒng)一模式并不規(guī)定阻塞信號(hào)的統(tǒng)一模式LanMan 2016YKW UESTC5.6.5 隨機(jī)退避與重發(fā)隨機(jī)退避與重發(fā)v 認(rèn)識(shí)沖突認(rèn)識(shí)沖突 沖突意味著在當(dāng)前時(shí)隙有多個(gè)發(fā)送企圖沖突意味著在當(dāng)前時(shí)隙有多個(gè)發(fā)送企圖 重復(fù)沖突意味著共享介質(zhì)上的負(fù)載過(guò)重重復(fù)沖突意味著共享介質(zhì)上的負(fù)載過(guò)重 當(dāng)前的若干時(shí)隙上的發(fā)送分布密度過(guò)大當(dāng)前的若干時(shí)隙上的發(fā)送分布密度過(guò)大 化解沖突的有效措施是減小發(fā)送分布密度化解沖突的有效措施是減小發(fā)送分布密度v 802.3標(biāo)準(zhǔn)中的沖突化解算法標(biāo)準(zhǔn)中的沖突化解算法 重發(fā)的調(diào)度是一個(gè)受控的隨機(jī)化過(guò)程重發(fā)的調(diào)度是一個(gè)受控的隨機(jī)化過(guò)程

53、 截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)后退截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)后退 truncated binary exponential backoff 重發(fā)的推遲時(shí)隙數(shù)逐次倍增重發(fā)的推遲時(shí)隙數(shù)逐次倍增LanMan 2016YKW UESTC5.6.5 隨機(jī)退避與重發(fā)隨機(jī)退避與重發(fā)v 隨機(jī)退避重發(fā)算法隨機(jī)退避重發(fā)算法 發(fā)現(xiàn)沖突、發(fā)送阻塞、推遲重發(fā)發(fā)現(xiàn)沖突、發(fā)送阻塞、推遲重發(fā) 啟動(dòng)第啟動(dòng)第n次重發(fā)前，延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)段次重發(fā)前，延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)段r*slotTime r：均勻分布的隨機(jī)整數(shù)：均勻分布的隨機(jī)整數(shù) slotTime：時(shí)隙，系統(tǒng)參數(shù)：時(shí)隙，系統(tǒng)參數(shù) 含義：重發(fā)延遲是隨機(jī)化的整數(shù)倍時(shí)隙含義：重發(fā)延遲是隨機(jī)化的整數(shù)倍時(shí)隙 隨機(jī)數(shù)

54、隨機(jī)數(shù)r的取值范圍，隨重發(fā)次數(shù)倍增并適時(shí)中止的取值范圍，隨重發(fā)次數(shù)倍增并適時(shí)中止0 r 2k，式中，式中，k=min( n,10 ) 即，隨機(jī)后退的區(qū)間長(zhǎng)度為：即，隨機(jī)后退的區(qū)間長(zhǎng)度為： 1、3、7、15、31、63、1023 直觀(guān)含義：加倍延長(zhǎng)后退區(qū)間，增大后退均值直觀(guān)含義：加倍延長(zhǎng)后退區(qū)間，增大后退均值LanMan 2016YKW UESTC5.6.6 系統(tǒng)參數(shù)值系統(tǒng)參數(shù)值vMAC參數(shù)表：其中某些參數(shù)是物理層相關(guān)的參數(shù)表：其中某些參數(shù)是物理層相關(guān)的ParametersMAC data rateUp to 100Mbps1Gbps10GbpsslotTime512 bit times4096

55、 bit timesnot applicableinterPacketGap96 bits96 bits96 bitsattemptLimit1616not applicablebackoffLimit1010not applicablejamSize32 bits32 bitsnot applicablemaxBasicFrameSize1518 octets1518 octets1518 octetsmaxEnvelopeFrameSize2000 octets2000 octets2000 octetsminFrameSize512 bits512 bits512 bitsburstLi

56、mitnot applicable65536 bitsnot applicableLanMan 2016YKW UESTC5.6.7 全雙工模式全雙工模式v 5.6.7.1 以太網(wǎng)的運(yùn)行模式以太網(wǎng)的運(yùn)行模式v 5.6.7.2 全雙工模式全雙工模式v 5.6.7.3 以太網(wǎng)中的流控以太網(wǎng)中的流控v 5.6.7.4 從共享走向獨(dú)享從共享走向獨(dú)享LanMan 2016YKW UESTC5.6.7.1 以太網(wǎng)的運(yùn)行模式以太網(wǎng)的運(yùn)行模式v 802.3定義了兩種截然不同的運(yùn)行模式定義了兩種截然不同的運(yùn)行模式 半雙工模式（半雙工模式（half duplex mode） 早期以太網(wǎng)的唯一模式早期以太網(wǎng)的唯一模

57、式 全雙工模式（全雙工模式（full duplex mode） 源于：源于：802.3x-1997，全雙工模式與流控，全雙工模式與流控v 半雙工模式半雙工模式 共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式 共享信道上只應(yīng)該有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送共享信道上只應(yīng)該有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送 一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送時(shí)不應(yīng)該收聽(tīng)自己一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送時(shí)不應(yīng)該收聽(tīng)自己 有時(shí)稱(chēng)之為有時(shí)稱(chēng)之為 傳統(tǒng)以太網(wǎng)或傳統(tǒng)以太網(wǎng)或CSMA/CD網(wǎng)網(wǎng) 半雙工模式的特點(diǎn)即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)半雙工模式的特點(diǎn)即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)LanMan 2016YKW UESTC5.6.7.2 全雙工模式全雙工模式v 全雙工模式的環(huán)境全雙工模式的

58、環(huán)境 物理介質(zhì)允許同時(shí)接收和發(fā)送物理介質(zhì)允許同時(shí)接收和發(fā)送 全雙工信道：例如雙絞線(xiàn)、光纖全雙工信道：例如雙絞線(xiàn)、光纖 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路 兩個(gè)站點(diǎn)獨(dú)享全雙工的物理介質(zhì)兩個(gè)站點(diǎn)獨(dú)享全雙工的物理介質(zhì) 兩端兩端MAC實(shí)體均啟動(dòng)全雙工模式實(shí)體均啟動(dòng)全雙工模式v 全雙工模式的特點(diǎn)全雙工模式的特點(diǎn) 兼容，但容量大為提高兼容，但容量大為提高 MAC幀格式保持，兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)幀格式保持，兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng) 并不實(shí)際使用并不實(shí)際使用CSMA/CD算法算法 鏈路無(wú)沖突，效率可高達(dá)鏈路無(wú)沖突，效率可高達(dá)90%以上以上交換機(jī)交換機(jī)HHHHLanMan 2016YKW UESTC5.6.7.3 以太網(wǎng)中的流控以太網(wǎng)中的流

59、控v 全雙工模式的潛在的問(wèn)題全雙工模式的潛在的問(wèn)題 大大提高容量，同時(shí)也存在丟幀的可能性大大提高容量，同時(shí)也存在丟幀的可能性 例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時(shí)例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時(shí) 交換機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間接收交換機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間接收 服務(wù)器不能長(zhǎng)時(shí)間接收服務(wù)器不能長(zhǎng)時(shí)間接收v 避免丟棄的最佳辦法：采用流量控制機(jī)制避免丟棄的最佳辦法：采用流量控制機(jī)制v 流控的基本思想流控的基本思想 反壓機(jī)制：反壓機(jī)制：backpressure 收端向發(fā)端發(fā)收端向發(fā)端發(fā)PAUSE幀幀 通知發(fā)端：發(fā)送過(guò)快、請(qǐng)求發(fā)送暫停通知發(fā)端：發(fā)送過(guò)快、請(qǐng)求發(fā)送暫停太快啦，太快啦，請(qǐng)求暫停！請(qǐng)求暫停！LanMan 2016YKW UESTC5

60、.6.7.3 以太網(wǎng)中的流控以太網(wǎng)中的流控v PAUSE的運(yùn)行的運(yùn)行 由MAC控制子層執(zhí)行 DA：01-80-C2-00-00-01 全球統(tǒng)一分配的暫停功能組播地址 SA ：請(qǐng)求暫停的源MAC地址 類(lèi)型值：0 x8808，MAC控制幀標(biāo)識(shí) 操作碼：00-01，暫停（PAUSE）功能操作碼 操作數(shù)： 0-65535，暫停時(shí)間請(qǐng)求值 暫停單位：當(dāng)前速率的512比特（64八位組）時(shí)長(zhǎng)01-80-C2-00-00-01SA880800-0106553500FCSDASA控制幀控制幀暫停幀暫停幀暫停數(shù)暫停數(shù)填充填充FCSLanMan 2016YKW UESTC5.6.7.3 以太網(wǎng)中的流控以太網(wǎng)中的流控