2-鏈路層-以太網協議

基本概念

以太網

• 是一個局域網技術,能夠進行衝突檢測,載波監聽,以及多路訪問.其中:

• 衝突檢測: 一個節點在發送幀時會監聽鏈路，所以能夠檢測出當前正在發送的幀與其餘節點發送的幀發生衝突

• 載波監聽: 全部節點均可識別鏈路忙或閒，也即全部節點均可以得知鏈路當前狀態：忙/閒

• 多路訪問: 多個節點能夠共享一條鏈路.

10/100/1000Mbps

• 10Mbps以太網:一般採用多路訪問模式,即多個節點共享一條鏈路, 
  

• 100Mbps以太網或者更高:被設計成全雙工的點到點的配置.此時能夠會採用星型拓撲結構.

總線型拓撲結構

• 收發器: 是一個直接鏈接在以太網上的設備，另外一端鏈接在以太網適配器（網絡適配器）上，可用於：

• 檢測鏈路什麼時候空閒

• 發送輸出信號，接受輸入信號。

• 以太網段: 多個節點經過收發器連接在鏈路上，就組成了一個以太網段。如圖：

• 中繼器: 用於將多個以太網段連接在一塊兒，同時未來自一個以太網段的數字信號轉發到另外一個以太網段.

• 總線性拓撲結構圖：
  

星型拓撲結構

• 節點經過點對點鏈路連接到集線器上,集線器之間再互聯起來

• 不管採用何種拓撲結構，以太網上任意一個節點傳輸的數據幀均可以到達全部節點。

幀格式

域	域的長度，單位：字節	備註
目的地址	6
源地址	6
類型	2	多路分解密鑰（應該交付的上層協議，如IP，IPX）
幀體	[46，1500]
CRC	4

• 以太網是一個面向比特的組幀協議,發送方在發送幀以前會首先發送64位的幀前同步碼，發送幀結束以後也會發送64位的幀後同步碼,接收方接受時會自動去除前同步碼,後同步碼

• 幀體最少爲46字節，即數據幀最小爲64位，由於幀必須足夠長才能夠檢測到一個衝突（後續詳細說明）
  

地址

• 鏈路層採用 MAC地址 來標識網絡適配器.即每個網絡適配器都有惟一一個 MAC 地址,固化在網絡適配器的ROM中,共 6 個字節.可讀格式：由冒號分割的6個數（16位進制），每個數對應於6個字節中的一個字節。如:

c4:ca:d9:2f:b6:48--對應於-->c4cad92fb648

地址分配

• MAC地址固化在網絡適配器中，因此網絡適配器在出廠時其MAC地址就已經分配了

• 某個機構給每個網絡適配器設備製造商都分配一個不一樣的前綴。
  好比AMD公司獲得的前綴爲0x080020；則該公司製造的第一個網絡適配器的MAC地址爲08：00：20：00：00：01；第2個設備的MAC地址爲08：00：20：00：00：02；。。
  

接收方行爲

• 接收方的行爲：收到一個幀，判斷是接受，仍是丟棄。

• 廣播地址：目的地址全由1構成：ff:ff:ff:ff:ff:ff

• 多播地址：目的地址第一位是1，而且不是廣播地址

• 混雜模式：當網絡適配器處於混雜模式時，他會將收到的全部正確的幀接受下來。
  

發送方行爲

• 鏈路當前處於阻塞狀態

• 等待一段時間後，重試

• 鏈路處於空閒狀態

• 發送前同步碼，數據幀，後同步碼

• 監聽鏈路，檢測是否發生衝突

• 發生衝突

• 中止發送

• 發送32位干擾序列
  

• 等待一段時候後從新發送（指數退避算法）
  

指數退避

• 以下爲指數退避算法，其中c通常取51.2us；

• 當在'等待 k*c' 後條件達成，則退出循環。

• 也能夠對n設定一個上限值
  

  
  

爲何最小幀長度

考慮下面一種狀況：A，B兩個節點位於以太網的2端；鏈路的RTT爲2*d；（即從A->B須要時延d）

1. t時刻，A節點發送一個數據幀，而後監聽鏈路

2. 在t+d的前一時刻，B節點看到的鏈路仍是空閒的，因而B節點也發送數據幀。

3. t+d時刻，A，B節點發送的數據幀發生衝突，B節點檢測到衝突，因而它發送32位干擾序列

4. t+2d時刻，干擾時刻到達A節點，此時A節點才能夠得知其發送的數據幀產生衝突。

因此A節點要想檢測出衝突，即他在[t,t+2d]時間內必須處於發送幀狀態，因此這對發送幀的最小長度就有了一個要求。

根據計算...當鏈路長爲2500米時，所需的最小幀長度爲512位，64字節，因此最小幀長度46字節。