2-链路层-以太网协议

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基本概念

以太网

• 是一个局域网技术,可以进行冲突检测,载波监听,以及多路访问.其中:

  • 冲突检测: 一个节点在发送帧时会监听链路，因此可以检测出当前正在发送的帧与其他节点发送的帧发生冲突

  • 载波监听: 所有节点都可识别链路忙或闲，也即所有节点都可以得知链路当前状态：忙/闲

  • 多路访问: 多个节点可以共享一条链路.

10/100/1000Mbps

• 10Mbps以太网:通常采用多路访问模式,即多个节点共享一条链路, 
  

• 100Mbps以太网或者更高:被设计成全双工的点到点的配置.此时可以会采用星型拓扑结构.

总线型拓扑结构

• 收发器: 是一个直接连接在以太网上的设备，另一端连接在以太网适配器（网络适配器）上，可用于：

  • 检测链路何时空闲

  • 发送输出信号，接受输入信号。

• 以太网段: 多个节点通过收发器链接在链路上，就组成了一个以太网段。如图：

• 中继器: 用于将多个以太网段链接在一起，同时将来自一个以太网段的数字信号转发到另一个以太网段.

• 总线性拓扑结构图：
  

星型拓扑结构

• 节点通过点对点链路链接到集线器上,集线器之间再互联起来

• 无论采用何种拓扑结构，以太网上任意一个节点传输的数据帧都可以到达所有节点。

帧格式

域	域的长度，单位：字节	备注
目的地址	6
源地址	6
类型	2	多路分解密钥（应该交付的上层协议，如IP，IPX）
帧体	[46，1500]
CRC	4

• 以太网是一个面向比特的组帧协议,发送方在发送帧之前会首先发送64位的帧前同步码，发送帧结束之后也会发送64位的帧后同步码,接收方接受时会自动去除前同步码,后同步码

• 帧体最少为46字节，即数据帧最小为64位，因为帧必须足够长才可以检测到一个冲突（后续详细说明）
  

地址

• 链路层采用 MAC地址 来标识网络适配器.即每一个网络适配器都有唯一一个 MAC 地址,固化在网络适配器的ROM中,共 6 个字节.可读格式：由冒号分割的6个数（16位进制），每一个数对应于6个字节中的一个字节。如:

c4:ca:d9:2f:b6:48--对应于-->c4cad92fb648

地址分配

• MAC地址固化在网络适配器中，所以网络适配器在出厂时其MAC地址就已经分配了

• 某个机构给每一个网络适配器设备制造商都分配一个不同的前缀。
  比如AMD公司得到的前缀为0x080020；则该公司制造的第一个网络适配器的MAC地址为08：00：20：00：00：01；第2个设备的MAC地址为08：00：20：00：00：02；。。
  

接收方行为

• 接收方的行为：收到一个帧，判断是接受，还是丢弃。

• 广播地址：目的地址全由1构成：ff:ff:ff:ff:ff:ff

• 多播地址：目的地址第一位是1，并且不是广播地址

• 混杂模式：当网络适配器处于混杂模式时，他会将收到的所有正确的帧接受下来。
  

发送方行为

• 链路当前处于阻塞状态

  • 等待一段时间后，重试

• 链路处于空闲状态

  • 发送前同步码，数据帧，后同步码

  • 监听链路，检测是否发生冲突

• 发生冲突

  • 停止发送

  • 发送32位干扰序列
    

  • 等待一段时候后重新发送（指数退避算法）
    

指数退避

• 如下为指数退避算法，其中c一般取51.2us；

• 当在'等待 k*c' 后条件达成，则退出循环。

• 也可以对n设定一个上限值
  

  
  

为什么最小帧长度

考虑下面一种情况：A，B两个节点位于以太网的2端；链路的RTT为2*d；（即从A->B需要时延d）

1. t时刻，A节点发送一个数据帧，然后监听链路

2. 在t+d的前一时刻，B节点看到的链路还是空闲的，于是B节点也发送数据帧。

3. t+d时刻，A，B节点发送的数据帧发生冲突，B节点检测到冲突，于是它发送32位干扰序列

4. t+2d时刻，干扰时刻到达A节点，此时A节点才可以得知其发送的数据帧产生冲突。

所以A节点要想检测出冲突，即他在[t,t+2d]时间内必须处于发送帧状态，所以这对发送帧的最小长度就有了一个要求。

根据计算...当链路长为2500米时，所需的最小帧长度为512位，64字节，所以最小帧长度46字节。

转载于:https://my.oschina.net/u/1383479/blog/209443