1 乙太網歷史簡介
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2.1 csma/cd
現階段成熟的區域網技術有三種:乙太網(ethernet)、令牌環(token ring)和光纖分布式資料介面(fddi),其中乙太網技術逐步成為區域網技術的主流。
圖1 多路訪問控制協議分類
圖2 csma/cd傳送資料幀流程圖
2.2 乙太網幀結構2.3 乙太網速率計算
乙太網傳送資料時,每兩個幀之間存在幀間隙ifg(inter frame gap),幀間隙的作用是使介質中的訊號處於穩定狀態,同時讓幀接收者對接收的幀作必要的處理(如調整快取取的指標、更新計數、發中斷讓主機對報文進行處理)。對於ethernet(10m)幀間隙時間為9.6usec,100m快速乙太網幀間隙為0.96usec,1000m幀間隙為0.096usec,10ge幀間隙為0.0096usec,這個時間正好相當於傳送96bit資料的時間。
乙太網速率與pps進行換算,假設資料幀的長度為 k bytes(包括crc),埠速率為r,轉化後的pps為n,那麼:
n=r/(k×8+8×8+96)
其中k×8表示實際資料幀的長度(bits),8×8表示前導碼(preamble+sfd)的長度,96bit相當於幀間隙占用的bits。
下面舉例說明,假設埠速率為100m,傳送資料幀的長度為64位元組,那麼線速傳送報文換算成pps後,
n=100 000 000/(64×8+8×8+96)≈148810 pps
2.4 衝突域和廣播域
使用同軸電纜和hub連線的主機就屬於乙個衝突域。
乙個站點傳送乙個廣播報文其餘節點能夠接收到的節點的集合,就是乙個廣播域。
傳統的網橋(bridge)可以根據mac表對單播報文進行**,對於廣播報文向所有的埠都**,所以網橋的所有埠連線的節點屬於乙個廣播域,但是每個埠屬於乙個單獨衝突域。
傳統的二層交換機所有埠都屬於乙個廣播域,使用者需要重新連線來選擇所在的lan。因此,在傳統二層交換機上引入了vlan(virtual lan)。每個vlan中的所有節點在同乙個廣播域,每個vlan是邏輯lan,vlan之間是二層隔離的。
2.5 半雙工、全雙工、自協商
同一時刻只能接收或傳送資料的工作模式為半雙工模式。在半雙工模式下,使用csma/cd的機制來避免衝突。
全雙工模式下,同一時刻可以同時接收和傳送資料幀。
自協商功能允許乙個網路裝置能夠將自己所支援的工作模式資訊傳達給網路上的對端,並接收對方可能傳遞過來的相應資訊。對於兩端處於自協商工作方式的裝置,最終協商的結果是採用二者技術能力域中優先順序低的網口提供的工作方式工作。協商級別一般為1000mfull,1000mhalf,100mfull,100mhalf,10mfull,10mhalf。
10base-t的乙太網介面(它只支援10m,不支援自協商)在鏈路up之前會傳送link test pulse(ltp),該脈衝用以檢測鏈路是否應該up;而100base-t乙太網介面(它只支援100m,不支援自協商)在鏈路up之前會傳送fast ethernet idle流,用以檢測鏈路是否應該up。
自協商機制
支援自協商(autonegotiation)的乙太網介面則在鏈路up之前傳送flp(fast link pulse),flp實際上是一組ltp和資料脈衝的組合,它們表明一種含義:例如我支援100m全雙工。較舊的裝置例如10base-t仍然將這些flp識別為ltp,而自協商裝置則能夠識別flp的含義並通過互動這種握手資訊來使鏈路成為最優配置。如果自協商裝置看到有一般的ltp(不是有特定含義的flp)輸入,它就將本端設定為10m半雙工。如果自協商裝置看到有fast ethernet idle輸入,它就將本端設定為100m半雙工。以上所述的自協商機制只對10/100兆銅纜介面或千兆光/電口有效,100base-fx不支援自協商。
base前的數字表示網路的資料傳輸率,比如說:10base指資料傳輸率為10mbps,1000base為1000mbps
base指基帶傳輸,即未經過調製,不能復用的傳輸,與其對應的broad指寬頻傳輸(多用於有線電視網)
base後的字母或數字指的是傳輸介質,反應介質特點,比如說10base-t中的t指雙絞線,
10base-5指傳輸距離500公尺(即粗纜)
base基帶 cx銅纜 fx 光纜
tx表示電介面(雙絞線)
fx表示光介面(光纖)
sx表述短距離的光介面
lx表示長距離光介面(1310nm)
zx表示長距離光介面(1500nm)
2.6 流控
流控指當接收者沒有能力處理接收到的報文時,為了防止丟包,接收者需要通知報文的傳送者一段時間內停止傳送報文。
對於半雙工模式和全雙工模式,流控通過不同的方式來實現。在全雙工模式下,接收者通過傳送一種特殊的資料幀來通知傳送者,停止傳送報文,這種特殊的資料幀稱為pause幀,下面是pause幀的結構:
圖3 pause幀格式
pause幀的長度固定為64位元組(包括crc),pause幀的目的mac為組播mac :0180-c200-0001,源mac為傳送pause幀的節點的mac,lenth/type欄位固定為0x8808。mac control parameters欄位表示要求傳送者暫停傳送流量的時間,數值有效範圍為0-65535, 單位為512bit time(bit time指鏈路上傳輸1bit需要的時間,如100m鏈路bit time為10ns)。如果資料報文的接收者在傳送pause幀後,在pause幀傳送的等待時間超時之前可以處理資料報文,則再傳送乙個等待時間為0的pause幀通知資料傳送者開始傳送資料。
pause的接收者(也是資料報文的傳送者),收到pause幀後會根據pause幀中的等待時間停止傳送報文,等待時間超時後繼續傳送報文。
半雙工模式下,乙太網利用csma/cd機制處理衝突和鏈路使用問題。根據csma/cd機制,半雙工的模式下,採取的流控方式為backpressure,即背壓。該種方法有兩種實現,乙個是資料接收者有意製造一次衝突,資料傳送者檢測到衝突採取backoff,這樣就延緩了資料的傳送;另外乙個方法是製造載波訊號,使資料傳送者感覺到接收者要傳送資料,從而通過檢測到載波而進行延時傳輸。
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