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2015計算機三級《網絡技術》基礎知識：以太網
1.以太網的發展
1976年7月，Bob在ALOHA網絡的基礎上，提出總線型局域網的設計思想，并提出沖突檢測、載波偵聽與隨機后退延遲算法，將這種局域網命名為以太網(Ethernet)。
以太網的核心技術是：
介質訪問控制方法CDMA/CD.這種方法解決了多結點共享公用總線的問題。
早期以太網的傳輸介質是同軸電纜，后用雙絞線，再后用光纖。
2.以太網的幀結構與工作流程
(1)以太網數據發送流程
沖突：多個站點同時利用總線發送數據，導致數據接收不正確。
總線網沒有控制中心，如果一個站點發送數據幀，以廣播方式通過總線發送，每一個站點都能收到數據幀，其它站點也可以同時發送，因此沖突不可避免。
CSMA/CD發送流程可簡單概括為：先聽后發，邊聽邊發，沖突停止，延遲重發。
實現公共傳輸介質的控制策略，需要解決的問題是：載波偵聽，沖突檢測，沖突后的處理方法。
(a)載波偵聽
結點利用總線發送數據時，首先偵聽總線是否空閑，以太網規定發送數據采用曼徹斯特編碼。判斷總線是否空閑可以判斷總線上是否有電平跳變。不發生跳變總線空閑。此時如果有結點已準備好發送數據，可以啟動發送。
(b)沖突檢測方法
載波偵聽不能完全消除沖突，原因是數字信號是以一定的速率傳輸的。例如：結點A發送數據幀時，離他1000m距離的結點在一定的時間延遲后才能收到數據幀，此時間段內如果B也發送數據，造成沖突。從物理層上看，沖突時多個信號疊加，導致波形不同于任何結點的波形信號。
解決方案：結點A發送數據前，先發送偵聽信號，如果偵聽信號在最大距離傳輸時間2倍時，沒有沖突信號出現，結點A肯定取得總線的訪問權。
沖突信號的延遲時間=2*D/V。其中：D是結點到最遠結點的距離，V表示信號傳輸速度，信號往返的時間為延遲時間。
進行沖突檢測的方法有兩種：比較法和編碼違例法。
比較法：將發送信號波形與從總線上接收的信號比較，如果不同說明有沖突。
違例編碼法：檢查總線上的波形是否符合曼徹斯特編碼規則，不符合說明有沖突。
(c)沖突解決方案
發現沖突，停止發送如果發送數據的過程中檢測出沖突，為解決信道爭用沖突，發送結點停止發送，隨機延遲后重發的流程。
隨機延遲后重發的第一步：發送沖突加強信號，目的是延續沖突的持續時間，使得網絡中的所有結點都能檢測出沖突的存在，并立即丟棄沖突幀，提高信道利用率。
隨機延遲重發。以太網協議規定每幀的最大重發次數不得超過16次，若超過則認為線路故障。為公平解決信道爭用問題，需要確定后退延遲算法。典型的CSMA/CD采用二進制指數退避算法，退避延遲時間計算為：t=2k×R×a 。其中：a是沖突窗口大小，R是隨機數，k為沖突次數，定義k的最大值，一旦k是最大值時是最后一次發送。每次的延遲時間都會根據公式求出。
以太網中任何結點都需要通過CSMA/CD方法爭取總線使用權，從準備發送到成功發送時間不確定。因此又稱為隨機爭用介質訪問控制方法。簡單易實現。
(2)以太網幀結構
前導碼(7B)與幀前定界符字段：用于接收同步階段。
目的地址與源地址(6B)：分別表示幀的接收節點地址與發送節點的硬件地址。
類型字段：表示網絡層使用的協議類型。
數據字段(46B—15000B)：是高層待發送的數據部分。
幀校驗字段：采用32位的循環冗余校驗。校驗范圍：目的地址、源地址、長度、LLC數據。
(3)以太網接收流程
如果一個結點利用總線成功發送數據，其它結點都應該處于接收狀態。所有結點只要不發送數據，就應該處于接收狀態。一個結點接收幀，首先判斷幀的長度。(規定了最小長度，若小與最小長度，沖突，丟棄該幀，結點重新進入接收狀態)。如果沒有沖突，結點接收幀后首先檢查幀的目的地址。(目的地址單一地址或組地址或廣播地址，屬于自己則保留，否則丟棄)。地址匹配后確認是自己應該接收的幀，進一步進行CRC校驗。 如果校驗正確，則進一步檢測LLC數據長度是否正確。出錯則報告”幀長度錯“，否則報告”成功接收”，進入結束狀態。如果檢驗出錯，首先判斷該幀是否是8為的整數倍，是，表示沒有丟失位，則記錄”幀檢驗錯“，否則報告”幀位錯“，進入結束狀態。
以太網協議將接收出錯分為3類：幀檢驗錯、幀長度錯與幀位錯。
3.以太網的實現方法
每個站點都可以接收到所有來自其他站點的數據
為決定那個站點接收，需要尋址機制來標識目的站點
目的站點將該幀復制，其他站點則丟棄該幀
4.以網的物理地址
IEEE802標準為每個DTE規定了一個48位的全局地址，它是站點的全球唯一的標識符，與其物理位置無關。即MAC地址(物理地址)，MAC地址為6字節(48位)。MAC地址的前3個字節(高24位)由IEEE統一分配給廠商，低24位由廠商分配給每一塊網卡。網卡的MAC地址可以認為就是該網卡所在站點的MAC地址。
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