3.4 以太网技术（课件）-《计算机网络基础与应用》同步教学（哈尔滨工程大学出版社）

第3章 理解局域网技术 学习目标 （1）了解局域网的定义和特性。 （2）熟悉局域网的分类。 （3）掌握局域网的体系结构。 （4）了解局域网的拓扑结构。 （5）了解常见的局域网技术。 （6）熟悉常见的以太网技术。 学习要点 （1）局域网的分类。 （2）局域网的体系结构。 （3）局域网的拓扑结构。 （4）以太网技术。 3.4 以太网技术 3.4.1 以太网的帧格式 以太网的帧格式包含8个字段：前导符、起始符、目的地址、源地址、类型、数据、PAD和FCS，完整的帧格式如图3-12所示。 图3-12 完整的以太网的帧格式 帧格式的组成 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 冲突检测 载波侦听 多路访问 CSMA/CD协议的要点 在总线型网络中，众多计算机以多点接入的方式连在一根总线上。 载波侦听即发送前先侦听，节点发送数据前先要检测信道上是否有其他节点在发送数据，如果有就暂时不发送，等到信道空闲后再发送。 冲突检测即边发送边侦听，节点在发送数据的同时监听信道上是否出现数据碰撞，若出现碰撞，则立即停止发送数据，随机等待一段时间后再次发送。 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 要实现CSMA/CD协议需要解决如下几个问题： ①节点以什么标准来确定信道是否空闲？ ②边发送边侦听的目的是发现冲突并及时停止发送数据，避免浪费网络资源。 ③当冲突发生后，节点将如何处理冲突，并需要等待多长时间后重新发送数据？ 下面就这3个问题，以10 Mb/s的以太网为例，对CSMA/CD协议的细节进行讨论。 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 1.关于信道空闲的标准 节点网卡在接收到一帧时需要做一系列检测和处理，为了保证网卡能正确和连续地处理和接收帧，IEEE 802.3标准规定了帧间的最小间隔。 为提高网络利用率，以太网规定节点确定信道空闲的标准就是在最小帧间隔时间内检测到信道上有信号。 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 2.争用期的长度和最小帧长度 当节点发送数据后，最迟经过多长时间才能知道自己发送的数据和其他节点发送的数据有没有发生碰撞呢？ 从图3-13可以看出，节点A发送的数据快要到达接收方B时，B发送的数据与A的数据发生碰撞，若A的数据无限接近B，则这是距离A最远的碰撞。因此，从A发送数据到冲突信号回传回来的时长最多是端到端传播时延的两倍，即往返传播时延。在这个时间段内，发送的数据都存在遭遇碰撞的可能性，因此以太网将往返传播时延称为争用期。 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 2.争用期的长度和最小帧长度 图3-13 冲突检测的过程 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 3.强化冲突和指数回退算法 当发送方节点检测到冲突信号后，除立即停止发送数据外，还要继续发送48比特的人为干扰信号，以便让所有用户都知道现在已发生了冲突，需延缓发送数据。发送完干扰信号后，节点需等待一段时间后再开始监听信道，那么如何确定等待的时长呢？在CSMA/CD协议中，节点采用指数回退算法来确定等待的时间长度。 3.4 以太网技术 3.4.2 CSMA/CD协议 3.强化冲突和指数回退算法 CSMA/CD协议的执行流程归纳如下，如图3-14所示。 图3-14 CSMA/CD协议执行流程图 3.4 以太网技术 3.4.3 共享式以太网和交换式以太网 1.共享式以太网 共享式 以太网 早期的以太网（如10Base-5或10Base-2）是总线型以太网，使用同轴电缆作为传输媒体。 在后期的10Base-T以太网中，使用集线器代替中继器。 3.4 以太网技术 3.4.3 共享式以太网和交换式以太网 1.共享式以太网 图3-15 基于集线器的共享式以太网 因此，基于集线器的共享式以太网，从物理拓扑结构上看是星型拓扑结构，但从其工作原理看，其本质还是总线型拓扑结构。 3.4 以太网技术 3.4.3 共享式以太网和交换式以太网 2.交换式以太网 交换式 以太网 由于集线器仅工作在物理层，因此无法实现对冲突域的划分，网络中节点越多，发生冲突的可能性就越大，因此无法应对大型网络环境。要提高以太网的扩展性，必须对网络进行分段。 为什么需要交换式以太网？ 3.4 以太网技术 3.4.3 共享式以太网和交换式以太网 2.交换式以太网 交换式以太网的优点 通过分段，既可以保证部分内部的信息不会流至其他部门，又可以保证部门之间的通信。 以太网节点的减少使冲突发生的概率更小，网络效率更高。 分段之后各段可按需选择自己的网络速率，组成性价比更高的网络。 3.4 以太网技术 3.4.4 高速以太网 什么是高速以太网？ 随着通信技术的发展及用户对网络带宽需求的增加，迫切需要建立高速局域网。速度达到或超过10