2016.6.21 计算机网络复习要点第三章之使用广播信道的以太网

Posted 2020-07-28 小春熙子

1.集线器

**双绞线以太网，采用星形拓扑，在星形的中心则增加了集线器。

**星形以太网10BASE-T的标准802.3i：“10”表示10Mb/s，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T表示双绞线；

**集线器的一些特点：

①使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议（即各站的适配器执行CSMA/CD协议）；

**网站中的各站必须竞争对传输媒体控制，并且在同一时刻至多只允许一个站发送数据；

**10BASE-T以太网又称为星型总线或盒中总线；

②一个集线器有许多接口，每个接口通过RJ-45插头用双绞线与一个工作站上的适配器相连；

③集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特——收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测；若两个接口同时有信号输入，那么所有的接口都将收不到正确的帧；

④集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回波抵消，这样就可使接口转发出去的较强信号不致对该接口接收到的较弱信号产生干扰（这种干扰即近端串音）

⑤现在的集线器采用堆叠式集线器由4-8个集线器堆叠起来使用；模块化的机箱式智能集线器；

 

2.以太网的信道利用率：

（1）当扣除碰撞所造成的信道损失后，以太网总的信道利用率并不能达到100%；

（2）发送帧需要的时间T=帧长/发送率（10Mb/s）

（3）要提高以太网的信道利用率，就必须减少r（端到端时延）与T之比，用参数a表示以太网单程端到端时延r与帧的发送时间T之比；

（4）以太网的参数a的值应当尽可能的小，也就是：以太网的连线的长度受到限制，同时以太网的帧不能太短；

（5）只要当参数a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率；

 

3.以太网的MAC层

（1）MAC层的硬件地址（6字节，48位）：

 **在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址用在MACA帧中）；

**名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处；

**IEEE802标准为局域网规定了一种48位的全球地址，是指局域网上的每一台计算机中固化在适配器中的ROM中的地址；

**一台电脑的适配器换了，即使它的地理位置没有变化，所接入的局域网没有变化，但是也说这台计算机的局域网的“地址”改变了；

**严格的讲，局域网的“地址”应当是每一个站的“名字”或标识符；注意：如果连接在局域网上的主机或路由器安装有多个适配器，那么这样的主机或路由器就有多个“地址”，更准确的说，这种48位“地址”应当是某个接口的标识符；

**IEEE的注册管理机构RA是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段的6个字节中的前3个字节（即高位24位），世界上的生产局域网适配器的厂商都必须向IEEE购买这三个字节构成的这个号（即地址块），这个号的正式名称为组织唯一标识符OUI。通常也叫作公司标识符

**地址字段的后3个字节（即低24位）则是厂家自行指派，称为扩展标识符，可见一个地址块可以生成2的24次方个不同地址；

**“MAC”地址实际上就是适配器地址或适配器标识符EIU-48；

 

（2）MAC地址表示意义：

**地址字段的第一个字节的最低位为I/G位：当I/G位为0时，地址字段表示一个单个站地址；当I/G位为1时表示组地址，用来进行多播；

**地址字段的第一个字节的最低第二位规定为G/L位：当G/L位为0时是全球管理（保证在全球没有相同的地址），厂家向IEEE购买的OUI都属于全球管理；当G/L位为1时，表示本地管理，这时用户可任意分配网络上的地址，采用2字节地址字段时全部是本地管理；以太网几乎不理会这个G/L位。

 

（3）适配器的过滤功能：

**适配器从网络上每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的目的地址，如果是发往本站的帧就收下；

**发往本站的帧包括以下三种帧：

①单播帧（一对一）：即收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同；

②广播帧（一对全体）：即发送给本局域网上所有站点的帧（全1地址）；

③组播帧（一对多）：即发送给本局域网上一部分站点的帧；

**所有的适配器都至少能够识别前两种帧，即能够识别单播和广播地址；只有目的地址才能使用广播地址和多播地址；

 

（4）以太网适配器的混杂工作方式：

**设置为混杂工作方式的适配器，只要“听到”有帧在以太网上传输就都悄悄地接收下来，而不管这些帧是发往哪个站；

**混杂工作方式实际上，就是"窃听"其他站点的通信而并不是中断其他站点的通信；

**网络工具：嗅探器就是使用了设置为混合方式的网络适配器；

 

（5）MAC帧的格式：

**常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIX Ethernet V2标准；IEEE的802.3标准；使用最多的是V2的MAC帧格式；

**以太网V2的MAC帧的组成：

①前两个字段分别是6字节的目的地址和源地址字段

②第三个字段是2字节的类型字段，用来标识上一层使用的是什么协议；当类型字段的值是0x0800时，就表示上层使用的是IP数据报；若为0x8137，则表示该帧时Novell IPX发过来的；

③第四个字段是数据字段，其长度是46字节到1500字节之间；

④最后一个字段是4字节的帧检验序列FCS（使用CRC检验）

 

（6）MAC帧的向上和向下发送：

①MAC帧首部中没有一个帧长度的字段，MAC子层通过曼彻斯特编码的特点识别帧的长度：

**在曼彻斯特编码的每一个码元的正中间一定有一次电压转换（从高到底，或者从底到高），当发送方把一个以太网帧发送完毕后，就不在发送其他码元了，因此，发送方网络适配器的接口上的电压也就不在变化啦！接收方就可以很容易找到以太网帧的结束位置；

②当数据字段的长度小于46字节时，MAC子层就会在数据字段的后面加入一个整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长度不小于64字节：

**在有填充字段的情况下，接收端的MAC子层在剥去首部和尾部后就把数据字段和填充字段一起交给上层的协议；上层IP层，其首部就有一个“总长度”字段，“总长度”字段加上填充字段的长度，应当等于MAC帧数据字段的长度；

③在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节：

**为了实现快速位同步，从MAC子层向下传到物理层时还要在帧的前面插入8个字节（由硬件生成），它由两个字段构成：

**第一个字段是7字节的前同步码（1和0交替码），它的作用是是接收端的适配器在接收MAC帧时能够迅速调整其时钟频率，是它和发送端的时钟同步，也就是实现位同步；

**第二个字段是帧开始定界符，定义为10101011，它的前六位的作用和前同步码一样，最后的两个连续的1就是告诉接收端适配器“MAC帧信息马上就要来了”

 

（7）无效的MAC帧（简单的丢弃，并不重传）：

**帧的长度不是整数个字节；

**用收到的帧检验序列FCS查出有差错；

**收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46-1500字节之间；有效的MAC帧长度为64-1518字节之间；

 

（8）现在广泛使用的局域网只有以太网，因此LLC帧已经失去原来的意义，现在市场上流行的都是以太网V2的MAC帧；