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：最高位是“0”； 

（2）多地址和廣播地址：最高位是“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段在最高位有意義：區(qū)分單址還是多址在最高兩位有意義次高位“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)，連接最大長(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)。