2016.6.21 電腦網路複習要點第三章之使用廣播通道的乙太網路

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1.集線器

**雙絞線乙太網路，採用星形拓撲，在星形的中心則增加了集線器。

**星形乙太網路10BASE-T的標準802.3i：“10”表示10Mb/s，BASE表示連接線上的訊號是基帶訊號，T表示雙絞線；

**集線器的一些特點：

①使用集線器的乙太網路在邏輯上仍是一個匯流排網，各站共用邏輯上的匯流排，使用的還是CSMA/CD協議（即各站的適配器執行CSMA/CD協議）；

**網站中的各站必須競爭對傳輸媒體控制，並且在同一時刻至多隻允許一個站發送資料；

**10BASE-T乙太網路又稱為星型匯流排或盒中匯流排；

②一個集線器有許多介面，每個介面通過RJ-45插頭用雙絞線與一個工作站上的適配器相連；

③集線器工作在物理層，它的每個介面僅僅簡單地轉寄位元——收到1就轉寄1，收到0就轉寄0，不進行碰撞檢測；若兩個介面同時有訊號輸入，那麼所有的介面都將收不到正確的幀；

④集線器採用專門的晶片，進行自適應串音回波抵消，這樣就可使介面轉寄出去的較強訊號不致對該介面接收到的較弱訊號產生幹擾（這種幹擾即近端串音）

⑤現在的集線器採用堆疊式集線器由4-8個集線器堆疊起來使用；模組化的機箱式智能集線器；

 

2.乙太網路的通道利用率：

（1）當扣除碰撞所造成的通道損失後，乙太網路總的通道利用率並不能達到100%；

（2）發送幀需要的時間T=幀長/發送率（10Mb/s）

（3）要提高乙太網路的通道利用率，就必須減少r（端到端時延）與T之比，用參數a表示乙太網路單程端到端時延r與幀的發送時間T之比；

（4）乙太網路的參數a的值應當儘可能的小，也就是：乙太網路的連線的長度受到限制，同時乙太網路的幀不能太短；

（5）只要當參數a遠小於1才能得到儘可能高的極限通道利用率；

 

3.乙太網路的MAC層

（1）MAC層的硬體地址（6位元組，48位）：

 **在區域網路中，硬體地址又稱為物理地址或MAC地址（因為這種地址用在MACA幀中）；

**名字指出我們所要尋找的那個資源，地址指出那個資源在何處，路由告訴我們如何到達該處；

**IEEE802標準為區域網路規定了一種48位的全球地址，是指區域網路上的每一台電腦中固化在適配器中的ROM中的地址；

**一台電腦的適配器換了，即使它的地理位置沒有變化，所接入的區域網路沒有變化，但是也說這台電腦的區域網路的“地址”改變了；

**嚴格的講，區域網路的“地址”應當是每一個站的“名字”或標識符；注意：如果串連在區域網路上的主機或路由器安裝有多個適配器，那麼這樣的主機或路由器就有多個“地址”，更準確的說，這種48位“地址”應當是某個介面的標識符；

**IEEE的註冊管理機構RA是區域網路全球地址的法定管理機構，它負責分配地址欄位的6個位元組中的前3個位元組（即高位24位），世界上的生產區域網路適配器的廠商都必須向IEEE購買這三個位元組構成的這個號（即地址塊），這個號的正式名稱為組織唯一識別碼OUI。通常也叫作公司標識符

**地址欄位的後3個位元組（即低24位）則是廠家自行指派，稱為擴充標識符，可見一個地址塊可以產生2的24次方個不同地址；

**“MAC”地址實際上就是適配器地址或適配器標識符EIU-48；

 

（2）MAC地址表示意義：

**地址欄位的第一個位元組的最低位為I/G位：當I/G位為0時，地址欄位表示一個單個站地址；當I/G位為1時表示組地址，用來進行多播；

**地址欄位的第一個位元組的最低第二位規定為G/L位：當G/L位為0時是全球管理（保證在全球沒有相同的地址），廠家向IEEE購買的OUI都屬於全球管理；當G/L位為1時，表示本地管理，這時使用者可任意分配網路上的地址，採用2位元組地址欄位時全部是本地管理；乙太網路幾乎不理會這個G/L位。

 

（3）適配器的過濾功能：

**適配器從網路上每收到一個MAC幀就先用硬體檢查MAC幀中的目的地址，如果是發往本站的幀就收下；

**發往本站的幀包括以下三種幀：

①單播幀（一對一）：即收到的幀的MAC地址與本站的硬體地址相同；

②廣播幀（一對全體）：即發送給本區域網路上所有網站的幀（全1地址）；

③組播幀（一對多）：即發送給本區域網路上一部分網站的幀；

**所有的適配器都至少能夠識別前兩種幀，即能夠識別單播和廣播位址；只有目的地址才能使用廣播位址和多播地址；

 

（4）乙太網路適配器的混雜工作方式：

**設定為混雜工作方式的適配器，只要“聽到”有幀在乙太網路上傳輸就都悄悄地接收下來，而不管這些幀是發往哪個站；

**混雜工作方式實際上，就是"竊聽"其他網站的通訊而並不是中斷其他網站的通訊；

**網路工具：嗅探器就是使用了設定為混合方式的網路介面卡；

 

（5）MAC幀的格式：

**常用的乙太網路MAC框架格式有兩種標準：DIX Ethernet V2標準；IEEE的802.3標準；使用最多的是V2的MAC框架格式；

**乙太網路V2的MAC幀的組成：

①前兩個欄位分別是6位元組的目的地址和源地址欄位

②第三個欄位是2位元組的類型欄位，用來標識上一層使用的是什麼協議；當類型欄位的值是0x0800時，就表示上層使用的是IP資料報；若為0x8137，則表示該幀時Novell IPX發過來的；

③第四個欄位是資料欄位，其長度是46位元組到1500位元組之間；

④最後一個欄位是4位元組的幀檢驗序列FCS（使用CRC檢驗）

 

（6）MAC幀的向上和向下發送：

①MAC幀首部中沒有一個幀長度的欄位，MAC子層通過曼徹斯特編碼的特點識別幀的長度：

**在曼徹斯特編碼的每一個碼元的正中間一定有一次電壓轉換（從高到底，或者從底到高），當發送方把一個乙太網路幀發送完畢後，就不在發送其他碼元了，因此，發送方網路介面卡的介面上的電壓也就不在變化啦！接收方就可以很容易找到乙太網路幀的結束位置；

②當資料欄位的長度小於46位元組時，MAC子層就會在資料欄位的後面加入一個整數位元組的填充欄位，以保證乙太網路的MAC幀長度不小於64位元組：

**在有填充欄位的情況下，接收端的MAC子層在剝去首部和尾部後就把資料欄位和填充欄位一起交給上層的協議；上層IP層，其首部就有一個“總長度”欄位，“總長度”欄位加上填充欄位的長度，應當等於MAC幀資料欄位的長度；

③在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個位元組：

**為了實現快速位同步，從MAC子層向下傳到物理層時還要在幀的前面插入8個位元組（由硬體產生），它由兩個欄位構成：

**第一個欄位是7位元組的前同步碼（1和0交替碼），它的作用是是接收端的適配器在接收MAC幀時能夠迅速調整其時鐘頻率，是它和發送端的時鐘同步，也就是實現位同步；

**第二個欄位是幀開始定界符，定義為10101011，它的前六位的作用和前同步碼一樣，最後的兩個連續的1就是告訴接收端適配器“MAC幀資訊馬上就要來了”

 

（7）無效的MAC幀（簡單的丟棄，並不重傳）：

**幀的長度不是整數個位元組；

**用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；

**收到的幀的MAC客戶資料欄位的長度不在46-1500位元組之間；有效MAC幀長度為64-1518位元組之間；

 

（8）現在廣泛使用的區域網路只有乙太網路，因此LLC幀已經失去原來的意義，現在市場上流行的都是乙太網路V2的MAC幀；

 

2016.6.21 電腦網路複習要點第三章之使用廣播通道的乙太網路