計(jì)算機(jī)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)考點(diǎn)輔導(dǎo)：以太網(wǎng)

　　導(dǎo)語(yǔ)：全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，是經(jīng)教育部批準(zhǔn)，由教育部考試中心主辦，面向社會(huì)，用于考查應(yīng)試人員計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)與技能的全國(guó)性計(jì)算機(jī)水平考試體系。下面我們來(lái)看看計(jì)算機(jī)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)考點(diǎn)輔導(dǎo)：以太網(wǎng)，供參考借鑒！

　　以太網(wǎng)

　　1.以太網(wǎng)的發(fā)展

　　1976年7月，Bob在ALOHA網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出總線型局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想，并提出沖突檢測(cè)、載波偵聽(tīng)與隨機(jī)后退延遲算法，將這種局域網(wǎng)命名為以太網(wǎng)(Ethernet)。

　　以太網(wǎng)的核心技術(shù)是：

　　介質(zhì)訪問(wèn)控制方法CDMA/CD.這種方法解決了多結(jié)點(diǎn)共享公用總線的問(wèn)題。

　　早期以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，后用雙絞線，再后用光纖。

　　2.以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與工作流程

　　(1)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送流程

　　沖突：多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收不正確。

　　總線網(wǎng)沒(méi)有控制中心，如果一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，以廣播方式通過(guò)總線發(fā)送，每一個(gè)站點(diǎn)都能收到數(shù)據(jù)幀，其它站點(diǎn)也可以同時(shí)發(fā)送，因此沖突不可避免。

　　CSMA/CD發(fā)送流程可簡(jiǎn)單概括為：先聽(tīng)后發(fā)，邊聽(tīng)邊發(fā)，沖突停止，延遲重發(fā)。

　　實(shí)現(xiàn)公共傳輸介質(zhì)的控制策略，需要解決的問(wèn)題是：載波偵聽(tīng)，沖突檢測(cè)，沖突后的處理方法。

　　(a)載波偵聽(tīng)

　　結(jié)點(diǎn)利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先偵聽(tīng)總線是否空閑，以太網(wǎng)規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)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(fā)生跳變總線空閑。此時(shí)如果有結(jié)點(diǎn)已準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)，可以啟動(dòng)發(fā)送。

　　(b)沖突檢測(cè)方法

　　載波偵聽(tīng)不能完全消除沖突，原因是數(shù)字信號(hào)是以一定的速率傳輸?shù)�。例如：結(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，離他1000m距離的結(jié)點(diǎn)在一定的時(shí)間延遲后才能收到數(shù)據(jù)幀，此時(shí)間段內(nèi)如果B也發(fā)送數(shù)據(jù)，造成沖突。從物理層上看，沖突時(shí)多個(gè)信號(hào)疊加，導(dǎo)致波形不同于任何結(jié)點(diǎn)的波形信號(hào)。

　　解決方案：結(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)前，先發(fā)送偵聽(tīng)信號(hào)，如果偵聽(tīng)信號(hào)在最大距離傳輸時(shí)間2倍時(shí)，沒(méi)有沖突信號(hào)出現(xiàn)，結(jié)點(diǎn)A肯定取得總線的訪問(wèn)權(quán)。

　　沖突信號(hào)的延遲時(shí)間=2*D/V。其中：D是結(jié)點(diǎn)到最遠(yuǎn)結(jié)點(diǎn)的距離，V表示信號(hào)傳輸速度，信號(hào)往返的時(shí)間為延遲時(shí)間。

　　進(jìn)行沖突檢測(cè)的方法有兩種：比較法和編碼違例法。

　　比較法：將發(fā)送信號(hào)波形與從總線上接收的信號(hào)比較，如果不同說(shuō)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(guī)則，不符合說(shuō)明有沖突。

　　(c)沖突解決方案

　　發(fā)現(xiàn)沖突，停止發(fā)送如果發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中檢測(cè)出沖突，為解決信道爭(zhēng)用沖突，發(fā)送結(jié)點(diǎn)停止發(fā)送，隨機(jī)延遲后重發(fā)的流程。

　　隨機(jī)延遲后重發(fā)的第一步：發(fā)送沖突加強(qiáng)信號(hào)，目的是延續(xù)沖突的持續(xù)時(shí)間，使得網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)都能檢測(cè)出沖突的存在，并立即丟棄沖突幀，提高信道利用率。

　　隨機(jī)延遲重發(fā)。以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)定每幀的最大重發(fā)次數(shù)不得超過(guò)16次，若超過(guò)則認(rèn)為線路故障。為公平解決信道爭(zhēng)用問(wèn)題，需要確定后退延遲算法。典型的CSMA/CD采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法，退避延遲時(shí)間計(jì)算為：t=2k×R×a 。其中：a是沖突窗口大小，R是隨機(jī)數(shù)，k為沖突次數(shù)，定義k的最大值，一旦k是最大值時(shí)是最后一次發(fā)送。每次的延遲時(shí)間都會(huì)根據(jù)公式求出。

　　以太網(wǎng)中任何結(jié)點(diǎn)都需要通過(guò)CSMA/CD方法爭(zhēng)取總線使用權(quán)，從準(zhǔn)備發(fā)送到成功發(fā)送時(shí)間不確定。因此又稱為隨機(jī)爭(zhēng)用介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

　　(2)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

　　前導(dǎo)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(jié)點(diǎn)地址與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的硬件地址。

　　類型字段：表示網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議類型。

　　數(shù)據(jù)字段(46B—15000B)：是高層待發(fā)送的數(shù)據(jù)部分。

　　幀校驗(yàn)字段：采用32位的循環(huán)冗余校驗(yàn)。校驗(yàn)范圍：目的地址、源地址、長(zhǎng)度、LLC數(shù)據(jù)。

　　(3)以太網(wǎng)接收流程

　　如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)利用總線成功發(fā)送數(shù)據(jù)，其它結(jié)點(diǎn)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。所有結(jié)點(diǎn)只要不發(fā)送數(shù)據(jù)，就應(yīng)該處于接收狀態(tài)。一個(gè)結(jié)點(diǎn)接收幀，首先判斷幀的長(zhǎng)度。(規(guī)定了最小長(zhǎng)度，若小與最小長(zhǎng)度，沖突，丟棄該幀，結(jié)點(diǎn)重新進(jìn)入接收狀態(tài))。如果沒(méi)有沖突，結(jié)點(diǎn)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(rèn)是自己應(yīng)該接收的幀，進(jìn)一步進(jìn)行CRC校驗(yàn)。 如果校驗(yàn)正確，則進(jìn)一步檢測(cè)LLC數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否正確。出錯(cuò)則報(bào)告”幀長(zhǎng)度錯(cuò)“，否則報(bào)告”成功接收”，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。如果檢驗(yàn)出錯(cuò)，首先判斷該幀是否是8為的整數(shù)倍，是，表示沒(méi)有丟失位，則記錄”幀檢驗(yàn)錯(cuò)“，否則報(bào)告”幀位錯(cuò)“，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。

　　以太網(wǎng)協(xié)議將接收出錯(cuò)分為3類：幀檢驗(yàn)錯(cuò)、幀長(zhǎng)度錯(cuò)與幀位錯(cuò)。

　　3.以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法

　　每個(gè)站點(diǎn)都可以接收到所有來(lái)自其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)

　　為決定那個(gè)站點(diǎn)接收，需要尋址機(jī)制來(lái)標(biāo)識(shí)目的站點(diǎn)

　　目的站點(diǎn)將該幀復(fù)制，其他站點(diǎn)則丟棄該幀

　　4.以網(wǎng)的物理地址

　　IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為每個(gè)DTE規(guī)定了一個(gè)48位的全局地址，它是站點(diǎn)的全球唯一的標(biāo)識(shí)符，與其物理位置無(wú)關(guān)。即MAC地址(物理地址)，MAC地址為6字節(jié)(48位)。MAC地址的前3個(gè)字節(jié)(高24位)由IEEE統(tǒng)一分配給廠商，低24位由廠商分配給每一塊網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的MAC地址可以認(rèn)為就是該網(wǎng)卡所在站點(diǎn)的MAC地址。

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