第2章 以太網(wǎng)
以太網(wǎng)是最早使用的局域網(wǎng)，也是目前使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。
以太網(wǎng)有10Mbps、100Mbps和1000Mbps的網(wǎng)絡(luò)。以星型為主。交換型以太網(wǎng)逐漸代替了共享型以太網(wǎng)，并使用了全雙工以太網(wǎng)技術(shù)。
2.1 概述
1. 20世紀(jì)70年代中期，Xerox公司制定了以太網(wǎng)協(xié)議并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，速率為2.94Mbps；
2.1980年，Xerox、Intel和DEC三公司聯(lián)合發(fā)表DIX80，即以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)；
3.1981年6月，IEEE802 LAN標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成立；
4.1985年，IEEE802 LAN標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正式通過了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
5.傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的核心思想是在共享的公共傳輸媒體上以半雙工傳輸模式工作，網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)在同一時(shí)刻要么發(fā)送數(shù)據(jù)，要么接收數(shù)據(jù)，而不能同發(fā)送和接收。
6.交換型和全雙工以太網(wǎng)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了站點(diǎn)獨(dú)占傳輸媒體并同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。
2.2 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系列
年份代號(hào)標(biāo)準(zhǔn)類型
198210BASE5802.3粗同軸電纜
198510BASE2802.3a細(xì)同軸電纜
199010BASET802.3I雙絞線
199310BASEF802.3j光纖
1995100BASET802.3u雙絞線
1997全雙工以太網(wǎng)802.3x雙絞線、光纖
19981000BASEX802.3z短屏蔽雙絞線、光纖
20001000BASET802.3ab雙絞線
2.3 以太網(wǎng)的功能模塊
2.4 幀結(jié)構(gòu)
2.4.1 以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)
7 1 6 6 2 46~1500 4
前導(dǎo)碼幀首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）類型
（TYPE）數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）幀檢驗(yàn)序列（FCS）
1.前導(dǎo)碼
為101010……，共56位，為了同步。
2.幀首定界符（SFD）
為10101011，表示一幀開始。
3.目的地址（DA）
為MAC的物理地址，共6字節(jié)。又分為單地址、多地址和廣播地址。
（1）單地址：位是“0”；
（2）多地址和廣播地址：位是“1”。（廣播地址時(shí)，DA同時(shí)為全“1”代碼）
4.源地址（SA）
同上
5.類型（TYPE）
主要說明高層所使用的協(xié)議類型，如IP地址。
6.數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）
它的范圍為：46~1500字節(jié)，如不夠46字節(jié)，則必須填充到46字節(jié)。
7.幀檢驗(yàn)序列（FCS）
FCS是通過計(jì)算除前導(dǎo)碼、SFD和FCS以外的內(nèi)容得到的。
2.4.2 以太網(wǎng)與IEEE802.3（CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)）幀結(jié)構(gòu)的比較
7 1 6 6 2 46~1500 4
前導(dǎo)碼幀首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）類型
（TYPE）數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）幀檢驗(yàn)序列（FCS）
以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)
7 1 2/6 2/ 6 2 46~1500 0~46 4
前導(dǎo)碼幀首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）長(zhǎng)度（L）
邏輯鏈路層協(xié)議單元LLC—PDU填充字段 PAD幀檢驗(yàn)序列（FCS）
IEEE802.3（CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)）幀結(jié)構(gòu)
說明：如果LLC—PDU＜46字節(jié)，則發(fā)送站的MAC子層自動(dòng)填“0”代碼于填充段PAD中。
以太網(wǎng)與IEEE802.3的區(qū)別：
比較以太網(wǎng)IEEE802.3
數(shù)據(jù)段直接為網(wǎng)絡(luò)層的分組為L(zhǎng)LC—PDU
長(zhǎng)度/類型類型（值大于1536D）長(zhǎng)度（值小于1536D）
以太網(wǎng)幀IEEE802.3幀
DA段在位有意義：區(qū)分單址還是多址在兩位有意義次高位“0”：全局管理次高位“1”：局部管理廣播地址DA段，次高位“1”DA段，次高位“1”
2.5 媒體訪問控制技術(shù)
1.發(fā)送規(guī)則
2.碰撞槽時(shí)間（重點(diǎn)講解）
假設(shè)公共總線媒體長(zhǎng)度為S，幀在媒體上的傳播速度為0.7C（光速），網(wǎng)絡(luò)的傳輸率為R（bps），
幀長(zhǎng)為L(zhǎng)（bps），tPHY為某站的物理層時(shí)延；
則有：
碰撞槽時(shí)間=2S/0.7C+2tPHY
因?yàn)長(zhǎng)min/R=碰撞槽時(shí)間
所以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R （注意，原書中有錯(cuò)！）
Lmin 稱為最小幀長(zhǎng)度。
碰撞槽時(shí)間在以太網(wǎng)中是一個(gè)極為重要的參數(shù)，有如下特點(diǎn)：
（1）它是檢測(cè)一次碰撞所需的最長(zhǎng)時(shí)間。
（2）要求幀長(zhǎng)度有個(gè)下限。（即最短幀長(zhǎng)）
（3）產(chǎn)生碰撞，就會(huì)出現(xiàn)幀碎片。
（4）如發(fā)生碰撞，要等待一定的時(shí)間。t=rT.（T為碰撞槽時(shí)間）
3.接收規(guī)則
（1）網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)，如不發(fā)送，則接收；
（2）接收后，首先判斷是否為幀碎片；
（3）識(shí)別目的地址；
（4）判斷FCS是否有效，若無(wú)效，丟棄；若有效，進(jìn)行（5）步；
（5）確定長(zhǎng)度字段時(shí)長(zhǎng)度還是類型，以0600H為界；
（6）接收成功。解封后送到LLC層。
2.6 選學(xué)內(nèi)容
2.6.1 以太網(wǎng)時(shí)隙（slot time）
1.為什么要設(shè)置時(shí)隙？
（1）在以太網(wǎng)規(guī)則中，若發(fā)生沖突，則必須讓網(wǎng)上每個(gè)主機(jī)都檢測(cè)到。但信號(hào)傳播到整個(gè)介質(zhì)需要一定的時(shí)間。
（2）考慮極限情況，主機(jī)發(fā)送的幀很小，兩沖突主機(jī)相距很遠(yuǎn)。在A發(fā)送的幀傳播到B的前一刻，B開始發(fā)送幀。這樣，當(dāng)A的幀到達(dá)B時(shí)，B檢測(cè)到了沖突，于是發(fā)送阻塞信號(hào)。
（3）但B的阻塞信號(hào)還沒有傳輸?shù)紸，A的幀已發(fā)送完畢，那么A就檢測(cè)不到?jīng)_突，而誤認(rèn)為已發(fā)送成功，不再發(fā)送。
（4）由于信號(hào)的傳播時(shí)延，檢測(cè)到?jīng)_突需要一定的時(shí)間，所以發(fā)送的幀必須有一定的長(zhǎng)度。這就是時(shí)隙需要解決的問題。
2.下面我們來(lái)估計(jì)在最壞情況下，檢測(cè)到?jīng)_突所需的時(shí)間
（1）在上圖中，A和B是網(wǎng)上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)主機(jī)，設(shè)信號(hào)在A和B之間傳播時(shí)延為τ，假定A在t時(shí)刻開始發(fā)送一幀，則這個(gè)幀在t+τ時(shí)刻到達(dá)B，若B在t+τ－ε時(shí)刻開始發(fā)送一幀，則B在t+τ時(shí)就會(huì)檢測(cè)到?jīng)_突，并發(fā)出阻塞信號(hào)。
（2）阻塞信號(hào)將在t+2τ時(shí)到達(dá)A.所以A必須在t+2τ時(shí)仍在發(fā)送才可以檢測(cè)到?jīng)_突，所以一幀的發(fā)送時(shí)間必須大于2τ。
（3）按照標(biāo)準(zhǔn)，10Mbps以太網(wǎng)采用中繼器時(shí)，連接長(zhǎng)度為2500米，最多經(jīng)過4個(gè)中繼器，因此規(guī)定對(duì)于10Mbps以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時(shí)間必須為51.2μs.
（3）51.2μs也就是512位數(shù)據(jù)在10Mbps以太網(wǎng)速率下的傳播時(shí)間，常稱為512位時(shí)。這個(gè)時(shí)間定義為以太網(wǎng)時(shí)隙。512位時(shí)=64字節(jié)，因此以太網(wǎng)幀的最小長(zhǎng)度為512位時(shí)=64字節(jié)。
3.沖突發(fā)生的時(shí)段
（1）沖突只能發(fā)生在主機(jī)發(fā)送幀的最初一段時(shí)間，即512位時(shí)=64字節(jié)的時(shí)段。
（2）當(dāng)網(wǎng)上所有主機(jī)都檢測(cè)到?jīng)_突后，就會(huì)停發(fā)幀。
（3）512位時(shí)是主機(jī)捕獲信道的時(shí)間，如果某主機(jī)發(fā)送一個(gè)幀的512位時(shí)，而沒有發(fā)生沖突，以后也就不會(huì)再發(fā)生沖突了，稱此為主機(jī)捕獲了信道。
4.中繼器與網(wǎng)橋和沖突的關(guān)系
（1）中繼器和沖突的關(guān)系：
中繼器不能隔離沖突，所以把中繼器相連的網(wǎng)段作為一個(gè)沖突域。
沖突退避算法限制了每個(gè)主機(jī)的退避時(shí)間從1個(gè)時(shí)隙到最多210=1024個(gè)時(shí)隙，因此，由中繼器連接的多段以太網(wǎng)中，主機(jī)數(shù)一般不超過1024個(gè)。
（2）網(wǎng)橋和沖突的關(guān)系：
網(wǎng)橋能隔離沖突，因此，在主機(jī)數(shù)超過1024個(gè)時(shí)，可以通過網(wǎng)橋連接。
5.100Mbps和1000Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙
（1）100Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙：
100Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙仍為512位時(shí)，以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時(shí)間必須為5.12μs.
（2）1000Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙
1000Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙增至512字節(jié)，即4096位時(shí)。
6.堅(jiān)持退避算法
有三種CSMA堅(jiān)持退避算法，如下圖：
（1）非堅(jiān)持CSMA；
假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；
假如介質(zhì)是忙的，等待一段隨機(jī)時(shí)間，重復(fù)第一步；
（2）1-堅(jiān)持CSMA；
假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送；假如沖突發(fā)生，則等待一段隨機(jī)時(shí)間，重復(fù)第一步。
（3）P-堅(jiān)持CSMA；
假如介質(zhì)是空閑的，則以P概率發(fā)送；而以（1-P）的概率延遲一個(gè)時(shí)間單位。時(shí)間單位等于的傳播延遲時(shí)間。
假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，重復(fù)第一步。
假如發(fā)送被延遲一個(gè)時(shí)間單位，則重復(fù)第一步。
7.三種方法的比較：
非堅(jiān)持1-堅(jiān)持P-堅(jiān)持
優(yōu)點(diǎn)當(dāng)站點(diǎn)要發(fā)送時(shí)，只要介質(zhì)空閑，就立即發(fā)送。降低1-堅(jiān)持的沖突概率，又減小介質(zhì)浪費(fèi)。
缺點(diǎn)即使有幾個(gè)站有數(shù)據(jù)要發(fā)送，介質(zhì)仍可能處于空閑狀態(tài)。介質(zhì)利用率低。
假如有兩個(gè)或兩個(gè)以上的站點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，沖突就不可避免。P值的選擇
非常重要。
2.6.2 載波監(jiān)聽多路介質(zhì)訪問/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）
載波監(jiān)聽多路介質(zhì)訪問/沖突檢測(cè)協(xié)議已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)。其方法是：
每個(gè)站在發(fā)送幀期間，同時(shí)有檢測(cè)沖突的能力，一旦檢測(cè)到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)送一串阻塞信號(hào)，通知總線上各站沖突已發(fā)生，這樣通道的容量不致因白白傳送一損壞的幀而浪費(fèi)。
2.6.3 退避算法
在CSMA/CD算法中，在檢測(cè)到?jīng)_突并發(fā)完阻塞信號(hào)后，為降低再?zèng)_突的概率，需等待一個(gè)隨機(jī)過程，然后再用CSMA算法發(fā)送。為了決定這個(gè)隨機(jī)時(shí)間，采用稱為二進(jìn)制指數(shù)退避算法，算法如下：
（1）對(duì)每個(gè)幀，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時(shí)，設(shè)置參量為L(zhǎng)=2；
（2）退避間隔取1~L個(gè)時(shí)間片中的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，1個(gè)時(shí)間片等于2a（雙向傳播時(shí)間=2a，
即：a=0.5）；
（3）當(dāng)幀重復(fù)一次沖突時(shí)，則將參量L加倍；
（4）設(shè)置一個(gè)重傳次數(shù)，超過這個(gè)次數(shù)，則不再重傳，并報(bào)告出錯(cuò)。
2.7 物理層結(jié)構(gòu)功能
2.7.1 編碼和譯碼技術(shù)
計(jì)算機(jī)直接輸出的碼為不歸零碼（NRZ），在以太網(wǎng)的物理層媒體上傳輸幀的二進(jìn)制碼必須采用特殊的編碼。
在10BASEX上采用曼徹斯特碼。優(yōu)點(diǎn)為：
（1）傳輸?shù)拇a中包括了同步時(shí)鐘；
（2）能很方便的檢測(cè)到發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，平均電平發(fā)生了變化。
（3）容易區(qū)分“1”、“0”。
2.7.2 收發(fā)器
向媒體發(fā)送信號(hào)
從媒體接收信號(hào)
識(shí)別媒體是否存在信號(hào)（在總線上是否有載波）
識(shí)別碰撞（在總線上是否發(fā)生了碰撞）
四種10BASE以太網(wǎng)物理連接（P.28）
2.7.3 四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較
四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較
10BASE510BASE210BASET10BASEFL
收發(fā)器外置設(shè)備內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片
媒體Φ10，50Ω同軸電纜Φ5，50Ω同軸電纜3、4、5類不屏蔽雙絞線62.5/125
多模光纜
最長(zhǎng)媒體段500m185m100m2km
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)公共總線型公共總線型星型星型
中繼器/集線器中繼器中繼器集線器集線器
跨距/媒體段數(shù)2.5km/5925m/5500m/54km/2
網(wǎng)卡上連接端9芯D型AUIBNC，T頭RJ—45ST
2.8 10BASET以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)
2.8.1 10BASET以太網(wǎng)系統(tǒng)組成（P.30）
（1）雙絞線連接
（2）系統(tǒng)配置
HUB與網(wǎng)卡之間最長(zhǎng)距離為100米，HUB數(shù)量最多為四個(gè)。任意兩站之間的距離不會(huì)超過500米。
（3）抗干擾能力（P.31）
正常情況：放大器有輸入時(shí)，在輸出雙絞線分別產(chǎn)生極性相反且幅度相等的差分信號(hào)，對(duì)于接收放大器，只有在差分信號(hào)輸入時(shí)，才有輸出；干擾時(shí)：會(huì)產(chǎn)生同極性且幅度相等的信號(hào)，此時(shí)，沒有輸出。起到了抗干擾作用。
2.8.2 10BASET集線器功能
（1）媒體上信號(hào)的再生和在定時(shí)
（2）檢測(cè)碰撞
（3）端口的擴(kuò)展功能
（4）混合連接10BASE5與10BASET及10BASE2以太網(wǎng)系統(tǒng)
見P.33.
4B/5B碼：
16進(jìn)制數(shù)4位2進(jìn)制數(shù)4B/5B碼16進(jìn)制數(shù)4位2進(jìn)制數(shù)4B/5B碼
00000111108100010010
10001010019100110011
200101010010101010110
300111010111101110111
401000101012110011010
501010101113110111011
601100111014111011100
701110111115111111101
以太網(wǎng)是最早使用的局域網(wǎng)，也是目前使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。
以太網(wǎng)有10Mbps、100Mbps和1000Mbps的網(wǎng)絡(luò)。以星型為主。交換型以太網(wǎng)逐漸代替了共享型以太網(wǎng)，并使用了全雙工以太網(wǎng)技術(shù)。
2.1 概述
1. 20世紀(jì)70年代中期，Xerox公司制定了以太網(wǎng)協(xié)議并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，速率為2.94Mbps；
2.1980年，Xerox、Intel和DEC三公司聯(lián)合發(fā)表DIX80，即以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)；
3.1981年6月，IEEE802 LAN標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成立；
4.1985年，IEEE802 LAN標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正式通過了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
5.傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的核心思想是在共享的公共傳輸媒體上以半雙工傳輸模式工作，網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)在同一時(shí)刻要么發(fā)送數(shù)據(jù)，要么接收數(shù)據(jù)，而不能同發(fā)送和接收。
6.交換型和全雙工以太網(wǎng)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了站點(diǎn)獨(dú)占傳輸媒體并同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。
2.2 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系列
年份代號(hào)標(biāo)準(zhǔn)類型
198210BASE5802.3粗同軸電纜
198510BASE2802.3a細(xì)同軸電纜
199010BASET802.3I雙絞線
199310BASEF802.3j光纖
1995100BASET802.3u雙絞線
1997全雙工以太網(wǎng)802.3x雙絞線、光纖
19981000BASEX802.3z短屏蔽雙絞線、光纖
20001000BASET802.3ab雙絞線
2.3 以太網(wǎng)的功能模塊
2.4 幀結(jié)構(gòu)
2.4.1 以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)
7 1 6 6 2 46~1500 4
前導(dǎo)碼幀首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）類型
（TYPE）數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）幀檢驗(yàn)序列（FCS）
1.前導(dǎo)碼
為101010……，共56位，為了同步。
2.幀首定界符（SFD）
為10101011，表示一幀開始。
3.目的地址（DA）
為MAC的物理地址，共6字節(jié)。又分為單地址、多地址和廣播地址。
（1）單地址：位是“0”；
（2）多地址和廣播地址：位是“1”。（廣播地址時(shí)，DA同時(shí)為全“1”代碼）
4.源地址（SA）
同上
5.類型（TYPE）
主要說明高層所使用的協(xié)議類型，如IP地址。
6.數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）
它的范圍為：46~1500字節(jié)，如不夠46字節(jié)，則必須填充到46字節(jié)。
7.幀檢驗(yàn)序列（FCS）
FCS是通過計(jì)算除前導(dǎo)碼、SFD和FCS以外的內(nèi)容得到的。
2.4.2 以太網(wǎng)與IEEE802.3（CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)）幀結(jié)構(gòu)的比較
7 1 6 6 2 46~1500 4
前導(dǎo)碼幀首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）類型
（TYPE）數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）幀檢驗(yàn)序列（FCS）
以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)
7 1 2/6 2/ 6 2 46~1500 0~46 4
前導(dǎo)碼幀首定界符（SFD）目的地址（DA）源地址（SA）長(zhǎng)度（L）
邏輯鏈路層協(xié)議單元LLC—PDU填充字段 PAD幀檢驗(yàn)序列（FCS）
IEEE802.3（CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)）幀結(jié)構(gòu)
說明：如果LLC—PDU＜46字節(jié)，則發(fā)送站的MAC子層自動(dòng)填“0”代碼于填充段PAD中。
以太網(wǎng)與IEEE802.3的區(qū)別：
比較以太網(wǎng)IEEE802.3
數(shù)據(jù)段直接為網(wǎng)絡(luò)層的分組為L(zhǎng)LC—PDU
長(zhǎng)度/類型類型（值大于1536D）長(zhǎng)度（值小于1536D）
以太網(wǎng)幀IEEE802.3幀
DA段在位有意義：區(qū)分單址還是多址在兩位有意義次高位“0”：全局管理次高位“1”：局部管理廣播地址DA段，次高位“1”DA段，次高位“1”
2.5 媒體訪問控制技術(shù)
1.發(fā)送規(guī)則
2.碰撞槽時(shí)間（重點(diǎn)講解）
假設(shè)公共總線媒體長(zhǎng)度為S，幀在媒體上的傳播速度為0.7C（光速），網(wǎng)絡(luò)的傳輸率為R（bps），
幀長(zhǎng)為L(zhǎng)（bps），tPHY為某站的物理層時(shí)延；
則有：
碰撞槽時(shí)間=2S/0.7C+2tPHY
因?yàn)長(zhǎng)min/R=碰撞槽時(shí)間
所以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R （注意，原書中有錯(cuò)！）
Lmin 稱為最小幀長(zhǎng)度。
碰撞槽時(shí)間在以太網(wǎng)中是一個(gè)極為重要的參數(shù)，有如下特點(diǎn)：
（1）它是檢測(cè)一次碰撞所需的最長(zhǎng)時(shí)間。
（2）要求幀長(zhǎng)度有個(gè)下限。（即最短幀長(zhǎng)）
（3）產(chǎn)生碰撞，就會(huì)出現(xiàn)幀碎片。
（4）如發(fā)生碰撞，要等待一定的時(shí)間。t=rT.（T為碰撞槽時(shí)間）
3.接收規(guī)則
（1）網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)，如不發(fā)送，則接收；
（2）接收后，首先判斷是否為幀碎片；
（3）識(shí)別目的地址；
（4）判斷FCS是否有效，若無(wú)效，丟棄；若有效，進(jìn)行（5）步；
（5）確定長(zhǎng)度字段時(shí)長(zhǎng)度還是類型，以0600H為界；
（6）接收成功。解封后送到LLC層。
2.6 選學(xué)內(nèi)容
2.6.1 以太網(wǎng)時(shí)隙（slot time）
1.為什么要設(shè)置時(shí)隙？
（1）在以太網(wǎng)規(guī)則中，若發(fā)生沖突，則必須讓網(wǎng)上每個(gè)主機(jī)都檢測(cè)到。但信號(hào)傳播到整個(gè)介質(zhì)需要一定的時(shí)間。
（2）考慮極限情況，主機(jī)發(fā)送的幀很小，兩沖突主機(jī)相距很遠(yuǎn)。在A發(fā)送的幀傳播到B的前一刻，B開始發(fā)送幀。這樣，當(dāng)A的幀到達(dá)B時(shí)，B檢測(cè)到了沖突，于是發(fā)送阻塞信號(hào)。
（3）但B的阻塞信號(hào)還沒有傳輸?shù)紸，A的幀已發(fā)送完畢，那么A就檢測(cè)不到?jīng)_突，而誤認(rèn)為已發(fā)送成功，不再發(fā)送。
（4）由于信號(hào)的傳播時(shí)延，檢測(cè)到?jīng)_突需要一定的時(shí)間，所以發(fā)送的幀必須有一定的長(zhǎng)度。這就是時(shí)隙需要解決的問題。
2.下面我們來(lái)估計(jì)在最壞情況下，檢測(cè)到?jīng)_突所需的時(shí)間
（1）在上圖中，A和B是網(wǎng)上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)主機(jī)，設(shè)信號(hào)在A和B之間傳播時(shí)延為τ，假定A在t時(shí)刻開始發(fā)送一幀，則這個(gè)幀在t+τ時(shí)刻到達(dá)B，若B在t+τ－ε時(shí)刻開始發(fā)送一幀，則B在t+τ時(shí)就會(huì)檢測(cè)到?jīng)_突，并發(fā)出阻塞信號(hào)。
（2）阻塞信號(hào)將在t+2τ時(shí)到達(dá)A.所以A必須在t+2τ時(shí)仍在發(fā)送才可以檢測(cè)到?jīng)_突，所以一幀的發(fā)送時(shí)間必須大于2τ。
（3）按照標(biāo)準(zhǔn)，10Mbps以太網(wǎng)采用中繼器時(shí)，連接長(zhǎng)度為2500米，最多經(jīng)過4個(gè)中繼器，因此規(guī)定對(duì)于10Mbps以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時(shí)間必須為51.2μs.
（3）51.2μs也就是512位數(shù)據(jù)在10Mbps以太網(wǎng)速率下的傳播時(shí)間，常稱為512位時(shí)。這個(gè)時(shí)間定義為以太網(wǎng)時(shí)隙。512位時(shí)=64字節(jié)，因此以太網(wǎng)幀的最小長(zhǎng)度為512位時(shí)=64字節(jié)。
3.沖突發(fā)生的時(shí)段
（1）沖突只能發(fā)生在主機(jī)發(fā)送幀的最初一段時(shí)間，即512位時(shí)=64字節(jié)的時(shí)段。
（2）當(dāng)網(wǎng)上所有主機(jī)都檢測(cè)到?jīng)_突后，就會(huì)停發(fā)幀。
（3）512位時(shí)是主機(jī)捕獲信道的時(shí)間，如果某主機(jī)發(fā)送一個(gè)幀的512位時(shí)，而沒有發(fā)生沖突，以后也就不會(huì)再發(fā)生沖突了，稱此為主機(jī)捕獲了信道。
4.中繼器與網(wǎng)橋和沖突的關(guān)系
（1）中繼器和沖突的關(guān)系：
中繼器不能隔離沖突，所以把中繼器相連的網(wǎng)段作為一個(gè)沖突域。
沖突退避算法限制了每個(gè)主機(jī)的退避時(shí)間從1個(gè)時(shí)隙到最多210=1024個(gè)時(shí)隙，因此，由中繼器連接的多段以太網(wǎng)中，主機(jī)數(shù)一般不超過1024個(gè)。
（2）網(wǎng)橋和沖突的關(guān)系：
網(wǎng)橋能隔離沖突，因此，在主機(jī)數(shù)超過1024個(gè)時(shí)，可以通過網(wǎng)橋連接。
5.100Mbps和1000Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙
（1）100Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙：
100Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙仍為512位時(shí)，以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時(shí)間必須為5.12μs.
（2）1000Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙
1000Mbps以太網(wǎng)的時(shí)隙增至512字節(jié)，即4096位時(shí)。
6.堅(jiān)持退避算法
有三種CSMA堅(jiān)持退避算法，如下圖：
（1）非堅(jiān)持CSMA；
假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；
假如介質(zhì)是忙的，等待一段隨機(jī)時(shí)間，重復(fù)第一步；
（2）1-堅(jiān)持CSMA；
假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送；假如沖突發(fā)生，則等待一段隨機(jī)時(shí)間，重復(fù)第一步。
（3）P-堅(jiān)持CSMA；
假如介質(zhì)是空閑的，則以P概率發(fā)送；而以（1-P）的概率延遲一個(gè)時(shí)間單位。時(shí)間單位等于的傳播延遲時(shí)間。
假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，重復(fù)第一步。
假如發(fā)送被延遲一個(gè)時(shí)間單位，則重復(fù)第一步。
7.三種方法的比較：
非堅(jiān)持1-堅(jiān)持P-堅(jiān)持
優(yōu)點(diǎn)當(dāng)站點(diǎn)要發(fā)送時(shí)，只要介質(zhì)空閑，就立即發(fā)送。降低1-堅(jiān)持的沖突概率，又減小介質(zhì)浪費(fèi)。
缺點(diǎn)即使有幾個(gè)站有數(shù)據(jù)要發(fā)送，介質(zhì)仍可能處于空閑狀態(tài)。介質(zhì)利用率低。
假如有兩個(gè)或兩個(gè)以上的站點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，沖突就不可避免。P值的選擇
非常重要。
2.6.2 載波監(jiān)聽多路介質(zhì)訪問/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）
載波監(jiān)聽多路介質(zhì)訪問/沖突檢測(cè)協(xié)議已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)。其方法是：
每個(gè)站在發(fā)送幀期間，同時(shí)有檢測(cè)沖突的能力，一旦檢測(cè)到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)送一串阻塞信號(hào)，通知總線上各站沖突已發(fā)生，這樣通道的容量不致因白白傳送一損壞的幀而浪費(fèi)。
2.6.3 退避算法
在CSMA/CD算法中，在檢測(cè)到?jīng)_突并發(fā)完阻塞信號(hào)后，為降低再?zèng)_突的概率，需等待一個(gè)隨機(jī)過程，然后再用CSMA算法發(fā)送。為了決定這個(gè)隨機(jī)時(shí)間，采用稱為二進(jìn)制指數(shù)退避算法，算法如下：
（1）對(duì)每個(gè)幀，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時(shí)，設(shè)置參量為L(zhǎng)=2；
（2）退避間隔取1~L個(gè)時(shí)間片中的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，1個(gè)時(shí)間片等于2a（雙向傳播時(shí)間=2a，
即：a=0.5）；
（3）當(dāng)幀重復(fù)一次沖突時(shí)，則將參量L加倍；
（4）設(shè)置一個(gè)重傳次數(shù)，超過這個(gè)次數(shù)，則不再重傳，并報(bào)告出錯(cuò)。
2.7 物理層結(jié)構(gòu)功能
2.7.1 編碼和譯碼技術(shù)
計(jì)算機(jī)直接輸出的碼為不歸零碼（NRZ），在以太網(wǎng)的物理層媒體上傳輸幀的二進(jìn)制碼必須采用特殊的編碼。
在10BASEX上采用曼徹斯特碼。優(yōu)點(diǎn)為：
（1）傳輸?shù)拇a中包括了同步時(shí)鐘；
（2）能很方便的檢測(cè)到發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，平均電平發(fā)生了變化。
（3）容易區(qū)分“1”、“0”。
2.7.2 收發(fā)器
向媒體發(fā)送信號(hào)
從媒體接收信號(hào)
識(shí)別媒體是否存在信號(hào)（在總線上是否有載波）
識(shí)別碰撞（在總線上是否發(fā)生了碰撞）
四種10BASE以太網(wǎng)物理連接（P.28）
2.7.3 四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較
四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較
10BASE510BASE210BASET10BASEFL
收發(fā)器外置設(shè)備內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片
媒體Φ10，50Ω同軸電纜Φ5，50Ω同軸電纜3、4、5類不屏蔽雙絞線62.5/125
多模光纜
最長(zhǎng)媒體段500m185m100m2km
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)公共總線型公共總線型星型星型
中繼器/集線器中繼器中繼器集線器集線器
跨距/媒體段數(shù)2.5km/5925m/5500m/54km/2
網(wǎng)卡上連接端9芯D型AUIBNC，T頭RJ—45ST
2.8 10BASET以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)
2.8.1 10BASET以太網(wǎng)系統(tǒng)組成（P.30）
（1）雙絞線連接
（2）系統(tǒng)配置
HUB與網(wǎng)卡之間最長(zhǎng)距離為100米，HUB數(shù)量最多為四個(gè)。任意兩站之間的距離不會(huì)超過500米。
（3）抗干擾能力（P.31）
正常情況：放大器有輸入時(shí)，在輸出雙絞線分別產(chǎn)生極性相反且幅度相等的差分信號(hào)，對(duì)于接收放大器，只有在差分信號(hào)輸入時(shí)，才有輸出；干擾時(shí)：會(huì)產(chǎn)生同極性且幅度相等的信號(hào)，此時(shí)，沒有輸出。起到了抗干擾作用。
2.8.2 10BASET集線器功能
（1）媒體上信號(hào)的再生和在定時(shí)
（2）檢測(cè)碰撞
（3）端口的擴(kuò)展功能
（4）混合連接10BASE5與10BASET及10BASE2以太網(wǎng)系統(tǒng)
見P.33.
4B/5B碼：
16進(jìn)制數(shù)4位2進(jìn)制數(shù)4B/5B碼16進(jìn)制數(shù)4位2進(jìn)制數(shù)4B/5B碼
00000111108100010010
10001010019100110011
200101010010101010110
300111010111101110111
401000101012110011010
501010101113110111011
601100111014111011100
701110111115111111101