局域网——以太网、IEEE 802.3

时间:2024-10-13 09:44:26

一、IEEE 802

1、电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)

2、IEEE 802:又称局域网/城域网标准委员会(LAN /MAN Standards Committee,LMSC),研究局域网和城域网的物理层和MAC层中定义的服务和协议,对应OSI网络参考模型的最低两层(物理层、数据链路层)。

二、CSMA/CD

1、载波侦听多路访问/冲突检测(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,CSMA/CD):发送数据之前,会检测信道是否空闲,如果空闲则发送,否则就等待;在发送出信息后,对冲突进行检测,当发现冲突时,则取消发送。

【在网络负载较小时,CSMA/CD协议的通信效率很高:但在网络负载增大时,发送时间增加,发送效率急剧下降。这种网络协议适合传输非实时数据。万兆以太网标准(IEEE802.3ae)采用了全双工方式,彻底抛弃了CSMA/CD。】

1.1多路访问:多路计算机连接在一根总线上。

1.2载波监听:发送数据前检测总线中是否有数据发送,如果有,进行载波监听。

【只能减小冲突概率,不能完全避免冲突】

(1)坚持算法可以分为三类:

(1.1)非持续CSMA:发送方并不持续侦听信道,在冲突时等待随机的一段时间N,再发送。

【减少冲突的概率;但信道的利用率降低,增加发送时延。】

(1.2)1-持续CSMA(1-persistent CSMA):当信道忙或发生冲突时,发送方一直持续监听,发现信道空闲(在帧间最小间隔时间内没有检测到信道上有信号)时,便发送。

【减少信道空闲时间,利用率高;但较长的传播延迟和同时监听会导致多次冲突,降低系统性能。】

(1.3)P-持续CSMA(P-persistent CSMA):当信道忙或发生冲突时,发送方一直持续监听,发现信道空闲时,发送方按P概率发送帧,1-P概率不发送,延迟t时间。

【连续发生16次碰撞,认为网络繁忙有问题,不再尝试发送。】

1.3冲突检测:发送方采取边发边听的冲突检测方法。

(1)发送期间同时接收数据,并与存储的数据进行比较。
(2)结果一致,说明没有冲突,重复上一步。
(3)结果不一致,说明发生了冲突,立即停止发送,并发送一个简短的干扰信号(Jamming),使所有站都停止发送。
(4)发送Jamming信号后,等待一段随机长的时间,重新监听,再试着发送。

2、最小帧长=网络速率×2×(最大段长/信号传播速度)【Lmin=2R×d/v】

【争用期(contentionperiod):又称为碰撞窗口,冲突检测最长时间为两倍的总线端到端的传播时延(2t)。
经过争用期还没有检测到碰撞时,才能肯定发送不会出现碰撞。10M以太网争用期定为51.2μs。对于10Mb/s网络,时间51.2μs可以发送512bit数据,即64字节。】

3、吞吐率:单位时间实际传送的数据位数。

吞吐率=帧长/(传输数据帧所花费的时间+1帧发送到网络所花费的时间)
           =帧长/(网络段长/传播速度+1帧长/网络数据速率)

【电磁波在1km电缆传播的时延约为5μs。】

4、网络利用率=吞吐率/网络数据速率

三、以太帧

1、以太网规定10Mpbs以太网最小帧长为64字节(千兆以太网和万兆以太网最小帧长为512字节),最大帧长为1518字节,最大传输单元(MTU)为1500字节,小于64字节的为无效帧。

【以太网规定了帧间最小间隔为9.6μs,使接收方在接收完数据后清理缓存,做好接收下一帧的准备。】

四、IEEE 802.3

1、IEEE 802.3帧结构

【Org Code三个字节都为0。Type字段的含义与Ethernet Ⅱ中的Type字段相同;
DSAP和SSAP都取0xff时,802.3帧就变成Netware-Ethernet帧,用于承载Netware类型的帧;
DSAP和SSAP都取0xaa时,802.3帧就变成Ethernet_SNAP帧,用于传输多种协议;
DSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。】

2、以太网命名规则