第章网络设备驱动程序分析与设计.ppt

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第第1111章章网络设备驱动程序分析网络设备驱动程序分析与设计与设计10/27/202210/27/2022211.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议图11-1TCP/IP协议分层结构图311.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（11）TCPTCP（TransferControlProtocolTransferControlProtocol）传输控制协议）传输控制协议TCPTCP协议是基于连接的协议，在需要通信的两个应用程序协议是基于连接的协议，在需要通信的两个应用程序之间建立起一条虚拟的连接线路，而这条线路间可能会经过之间建立起一条虚拟的连接线路，而这条线路间可能会经过很多子网、网关和路由器。

很多子网、网关和路由器。

TCPTCP协议保证在两个应用程序之协议保证在两个应用程序之间可靠地传送和接收数据，并且可以保证没有丢失的或者重间可靠地传送和接收数据，并且可以保证没有丢失的或者重复的数据包。

复的数据包。

（22）UDPUDP（UserDatagramProtocolUserDatagramProtocol）用户数据包协议）用户数据包协议UDPUDP协议是一种无连接、不可靠的传输层协议。

使用该协协议是一种无连接、不可靠的传输层协议。

使用该协议只是把应用程序传来的数据加上议只是把应用程序传来的数据加上UDPUDP头包括端口号、段长头包括端口号、段长等字段，作为等字段，作为UDPUDP数据包发送出去，但并不保证数据包能到数据包发送出去，但并不保证数据包能到达目的地，其可靠性由应用层来提供。

达目的地，其可靠性由应用层来提供。

411.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（33）IPIP（InternetProtocolInternetProtocol）网际协议）网际协议版本：

占4比特，指IP协议的版本。

首部长度：

占4比特，数据据包包头的长度。

以32位（相当于4字节）长度为单位。

服务类型：

占8比特，主机要求通信子网提供的服务类型。

包括一个3比特长度的优先级，4个标志位D、T、R和C，其中D、T、R、C分别表示延迟、呑吐量、可靠性和代价，另外1比特未用。

511.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（33）IPIP（InternetProtocolInternetProtocol）网际协议）网际协议总长度：

占16比特，数据报的总长度，包括头部和数据，以字节为单位。

数据报的最大长度为2161字节，即65535字节。

标识：

占16比特，标识数据报。

当数据报长度超出网络最大传输单元（MTU）时，必须进行分割，并且需要为分割段（fragment）提供标识。

所有属于同一数据报的分割段被赋予相同的标识值。

611.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（33）IPIP（InternetProtocolInternetProtocol）网际协议）网际协议标志：

占3比特，指出该数据报是否可分段。

目前只有前两个比特有意义。

片偏移：

占13比特，若有分段时，用以指出该分段在数据报中的相对位置。

片偏移以8字节为偏移单位，即每个分片的长度一定是8字节（64位）的整数倍。

生存时间或生命期：

占8比特，记为TTL（TimeToLive），即数据报在网络中的寿命，生存时间每经过一个路由结点都要递减，当生存时间减到零时，分组就要被丢弃。

711.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（33）IPIP（InternetProtocolInternetProtocol）网际协议）网际协议协议：

占8比特，指示传输层所采用的协议，如TCP、UDP或ICMP等。

首部校验和：

占16比特，此字段只检验数据报的首部，不包括数据部分。

任选字段：

支持各种选项，提供扩展余地。

根据选项的不同，该字段是可变长的，从1字节到40字节，可用来支持排错、测量以及安全等措施。

IP地址：

占32比特，32位的源地址与目的地址分别指出源主机和目的主机的网络地址。

811.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（44）ARPARP（AddressResolutionProtocolAddressResolutionProtocol）地址解析协）地址解析协议议ARPARP协议实现了从协议实现了从IPIP地址到对应物理地址的转换。

希望把地址到对应物理地址的转换。

希望把IPIP地址翻译成硬件地址的主机使用广播地址向网络中的所有地址翻译成硬件地址的主机使用广播地址向网络中的所有节点发送一个包括节点发送一个包括IPIP地址的地址的ARPARP请求数据包，目的主机的请求数据包，目的主机的ARPARP收到这份广播报文后，识别出这是发送端在询问它的收到这份广播报文后，识别出这是发送端在询问它的IPIP地址，地址，于是发送一个包含目的主机于是发送一个包含目的主机IPIP地址及对应的地址及对应的MACMAC地址的地址的ARPARP应应答给源主机。

答给源主机。

为了加快为了加快ARPARP协议解析的数据，每台主机上都有一个协议解析的数据，每台主机上都有一个ARPARP高速缓存，存放最近的高速缓存，存放最近的IPIP地址到硬件地址之间的映射记录。

地址到硬件地址之间的映射记录。

这样，当在这样，当在ARPARP的生存时间之内连续进行的生存时间之内连续进行ARPARP解析的时候，就解析的时候，就不需要反复发送不需要反复发送ARPARP请求了。

请求了。

911.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（55）SLIPSLIP（SerialLineInternetProtocolSerialLineInternetProtocol）串行线）串行线路网际协议路网际协议用户接入用户接入InternetInternet，在传送数据时都需要有数据链路层，在传送数据时都需要有数据链路层协议，其中最为广泛的是串行协议，其中最为广泛的是串行线路网际协议（线路网际协议（SLIPSLIP）和点）和点对点协议（对点协议（PPPPPP）。

）。

SLIPSLIP是一种在串行线路上对是一种在串行线路上对IPIP数据报进行封装的简单形数据报进行封装的简单形式，该协议是式，该协议是WindowsWindows远程访问的一种旧工业标准，主要在远程访问的一种旧工业标准，主要在UnixUnix远程访问服务器中使用，现今仍然用于连接某些远程访问服务器中使用，现今仍然用于连接某些ISPISP。

因为因为SLIPSLIP协议是面向低速串行线路的，可以用于专用线路，协议是面向低速串行线路的，可以用于专用线路，也可以用于拨号线路，也可以用于拨号线路，ModemModem的传输速率在的传输速率在1200bps1200bps到到19200bps19200bps。

1011.111.1以太网概述以太网概述v11.1TCP/IP11.1TCP/IP网络协议网络协议（66）PPPPPP（PointPointtotoPointPointProtocolProtocol）点点对对点点协协议议PPPPPP是是面面向向字字符符类类型型的的协协议议。

PPPPPP具具有有处处理理错错误误检检测测、支支持持多多个个协协议议、允允许许在在连连接接时时刻刻协协商商IPIP地地址址、允允许许身份认证等功能。

身份认证等功能。

图11-3PPP帧格式1111.211.2以太网以太网v11.2.111.2.1以太网拓扑结构以太网拓扑结构总线拓扑的优点是：

电缆长度短，易于布线和维护；结构简单，传输介质又是无源元件，从硬件的角度看，十分可靠。

总线拓扑的缺点是：

因为总线拓扑的网不是集中控制的，所以故障检测需要在网上的各个站点上进行；在扩展总线的干线长度时，需重新配置中继器、剪裁电缆、调整终端器等；总线上的站点需要介质访问控制功能，这就增加了站点的硬件和软件费用。

1211.211.2以太网以太网v11.2.211.2.2以太网协议以太网协议以太网采用载波监听冲突检测以太网采用载波监听冲突检测CSMA/CDCSMA/CD，其工作原理是：

，其工作原理是：

发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。

发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。

在发送数据时，边发送边继续监听，若监听到冲突，则立即在发送数据时，边发送边继续监听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，这种在传输的过程中监测电缆的方法称为冲停止发送数据，这种在传输的过程中监测电缆的方法称为冲突检测。

突检测。

CSMA/CDCSMA/CD不仅仅只检测冲突，它也能从冲突中恢复。

在一不仅仅只检测冲突，它也能从冲突中恢复。

在一个冲突发生后，计算机必须等待电缆再次空闲后才能传输帧。

个冲突发生后，计算机必须等待电缆再次空闲后才能传输帧。

然而，如果以太网一空闲计算机就开始传输，那么另一次冲然而，如果以太网一空闲计算机就开始传输，那么另一次冲突就会发生。

为了防止多次冲突，以太网要求每台计算机在突就会发生。

为了防止多次冲突，以太网要求每台计算机在冲突后延迟一段时间才尝试传输。

标准指定了最大延迟冲突后延迟一段时间才尝试传输。

标准指定了最大延迟dd，并且要求每台计算机选择一个小于并且要求每台计算机选择一个小于dd的随机延迟。

的随机延迟。

1311.211.2以太网以太网v11.2.311.2.3以太网帧结构以太网帧结构同步位：

由8个（以太网帧）或7个（IEEE802.3）字节的交替出现的1和0组成，设置该字段的目的是指示帧的开始并便于网络中的所有接收器均能与到达帧同步。

帧首定界符（SOF）：

该字段仅在IEEE802.3标准中有效，它可以被看作前序字段的延续。

目标和源地址：

表示发送和接收帧的工作站的地址，各占6个字节。

1411.211.2以太网以太网v11.2.311.2.3以太网帧结构以太网帧结构类型：

仅存在于以太网帧中，占用2个字节，指定接收数据的高层协议。

长度：

存在于IEEE802.3帧中，表示紧随其后的以字节为单位的数据段的长度。

数据：

数据段长度不能超过1500字节，不能低于46字节。

帧校验序列（FSC）：

该序列包含长度为4个字节的循环冗余校验值（CRC），由发送设备计算产生，在接收方被重新计算，以确定帧在传送过程中是否被损坏。

1511.311.3嵌入式网络接口嵌入式网络接口网卡工作在网络网卡工作在网络OSIOSI模型的最后两层，物理层和模型的最后两层，物理层和数据链路层。

物理层定义了数据传送与接收所需要数据链路层。

物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。

物理电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。

物理层的芯片称之为层的芯片称之为PHYPHY。

数据链路层则提供寻址机构、。

数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。

以太网卡中数据链层提供标准的数据接口等功能。

以太网卡中数据链路层的芯片称之为路层的芯片称之为MACMAC控制器。

控制器。

1611.311.3嵌入式网络接口嵌入式网络接口11、内置网络的微处理器、内置网络的微处理器将微控制器、以太网媒体接入控制器将微控制器、以太网媒体接入控制器（MACMAC）和物和物理接口收发器理接口收发器（PHYPHY）整合进同一芯片，这样能去掉许整合进同一芯片，这样能去掉许多外接元器件。

这种方案可使多外接元器件。

这种方案可使MACMAC和和PHYPHY实现很好的实现很好的匹配，同时还可减小引脚数、