以太网简介

1 以太网(ETHERNET)

“统治地位” 的有线LAN技术:

• 造价低廉(NIC不足￥100.00)
• 应用最广泛的LAN技术
• 比令牌局域网和ATM等，简单、便宜
• 满足网络速率需求： 10 Mbps – 10 Gbps

2 以太网：物理拓扑

• 总线(bus): 上世纪90年代中期前流行
  
  • 所有结点在同一冲突域(collision domain) (可能彼此冲突)
• 星型(star): 目前主流网络拓扑
  
  • 中心交换机(switch)
  • 每个结点一个单独冲突域(结点间彼此不冲突)

3 以太网：不可靠、无连接服务

• 无连接(connectionless): 发送帧的网卡与接收帧的网卡间没有“握手”过程
• 不可靠(unreliable): 接收网卡不向发送网卡进行确认
• 差错帧直接丢弃，丢弃帧中的数据恢复依靠高层协议 (e.g., TCP)，否则，发生数据丢失
• 以太网的MAC协议: 采用二进制指数退避算法的CSMA/CD

4 以太网CSMA/CD算法

1. NIC从网络层接收数据报， 创建数据帧。
2. 监听信道：如果NIC监听到信道空闲， 则开始发送帧；如果NIC监听到信道忙，则一直等待到信道空闲， 然后发送帧。
3. NIC发送完整个帧， 而没有检测到其他结点的数据发送， 则NIC确认帧发送成功！
4. 如果NIC检测到其他结点传输数据， 则中止发送，并 发 送 堵 塞 信 号 (jamsignal)。
5. 中止发送后， NIC进入二进制指数退避：
   第m次连续冲突后：
   取n = Min(m, 10)，NIC 从{0,1,2, …, 2n-1}中随机选择一个数K。NIC等待K·512比特的传输延迟时间， 再返回第2步连续冲突次数越多， 平均等待时间越长。

5 以太网帧结构

发送端网卡将IP数据报(或其他网络层协议分组)封装到以太网帧中：

• 前导码(Preamble)(8B):
  
  • 7个字节的10101010，第8字节为10101011
  • 用于发送端与接收端的时钟同步
• 目的MAC地址、 源MAC地址(各6B):
  
  • 如果网卡的MAC地址与收到的帧的目的MAC地址匹配， 或者帧的
    目的MAC地址为广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF)， 则网卡接收该帧， 并将其封装的网络层分组交给相应的网络层协议。
  • 否则， 网卡丢弃(不接收)该帧。
• 类型(Type)(2B): 指示帧中封装的是哪种高层协议的分组(如， IP数据报、 Novell IPX数据报、 AppleTalk数据报等)
• 数据(Data)(46-1500B): 指上层协议载荷。
  
  • R=10Mbps， RTTmax=512μs， Lmin / R = RTTmax
  • Lmin=512bits=64B， Datamin=Lmin-18=46B
• CRC(4B): 循环冗余校验码
  
  • 丢弃差错帧

6 802.3以太网标准: 链路与物理层

• 许多不同的以太网标准
  
  • 相同的MAC协议和帧格式
  • 不同速率: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps,1Gbps, 10G bps
  • 不同物理介质: 光纤, 线缆