以太网采用的通信协议.docx
《以太网采用的通信协议.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《以太网采用的通信协议.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
以太网采用的通信协议
竭诚为您提供优质文档/双击可除
以太网采用的通信协议
篇一：
以太网基础协议802.3介绍
802.3
802.3通常指以太网。
一种网络协议。
描述物理层和数据链路层的mac子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用csma/cd访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
dixethernetV2标准与ieee的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合dixethernetV2标准的局域网。
早期的ieee802.3描述的物理媒体类型包括：
10base2、10base5、10baseF、10baset和10broad36等；快速以太网的物理媒体类型包括：
100baset、100baset4和100basex等。
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
逻辑链路控制llc（logicallinkcontrol）子层
媒体接入控制mac（mediumaccesscontrol）子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在mac子层，而llc子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对llc子层来说都是透明的。
由于tcp/ip体系经常使用的局域网是dixethernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层llc（即802.2标准）的作用已经不大了。
很多厂商生产的网卡上就仅装有mac协议而没有llc协议。
mac子层的数据封装所包括的主要内容有：
数据封装分为发送数据封装和接收数据封装两部分，包括成帧、编制和差错检测等功能。
数据封装的过程：
当llc子层请求发送数据帧时，发送数据封装部分开始按mac子层的帧格式组帧：
（1）将一个前导码p和一个帧起始定界符sFd附加到帧头部分；
（2）填上目的地址、源地址、计算出llc数据帧的字节数并填入长度字段len；
（3）必要时将填充字符pad附加到llc数据帧后；
（4）求出cRc校验码附加到帧校验码序列Fcs中；
（5）将完成封装后的mac帧递交miac子层的发送介质访问管理部分以供发送；接收数据解封部分主要用于校验帧的目的地址字段，以确定本站是否应该接受该帧，如地址符合，则将其送到llc子层，并进行差错校验。
ieee802.3
ieee802.3:
描述物理层和数据链路层的mac子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用csma/cd访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
早期的ieee802.3描述的物理媒体类型包括：
10base2、10base5、10baseF、10baset和10broad36等；快速以太网的物理媒体类型包括：
100baset、100baset4和100basex等。
ieee802.3i:
原始ieee802.3规范的物理更改，它要求通过双绞线网络介质，使用以太网类型的信令。
标准设定信令速度为10兆比特每秒，使用一个通过双绞线电缆传输的基带信令图，该双绞线电缆采用星形或延伸的星形拓扑。
ieee802.3u:
（100base-t）是100兆比特每秒以太网的标准。
100base-t技术中可采用3类传输介质，即100base-t4、100base-tx和100base-Fx，它采用4b/5b编码方式。
ieee802.3z:
ieee802.3z千兆以太网标准在1998年6月通过，它规定的三种收发信机包括三种介质：
1000base-lx应用于已安装的单模光纤基础上，1000base-sx应用于已安装的多模光纤基础上，1000base-cx应用于已安装的在设备室内连接的平衡屏蔽铜缆基础上。
ieee802.3帧格式（1983-1996）
在1980年最早的以太网规范与1983年第一个在ieee802.3标准发布之前的一段时间内，帧格式的改变很小。
ieee802.3帧格式（作为标准从1983-1996年间存在）。
帧格式几乎与dix以太网帧相同。
ieee802.3帧中的所有域与dix以太网帧格式都是完全相同的。
历史上，网络设计者和用户一般都正确地
把类型域和长度域使用上的差别作为这两种帧格式的主要差别。
dix以太网不使用llc，使用类行域支持向上
复用协议。
ieee802.3需要llc实现向上复用，因为它用长度域取代了类型域。
实际上，这两种格式可以并存。
这个2字节的域表示数字值范围是0到2的16次方-1（65535）。
长度域的
最大值是1500，因为这是数据域的最大有效长度。
因此，1501-65535的值都可以来标识类型域，而不会干扰
该域对数据长度的表示。
我们只要简单地保证类型域的所以值都包含在这个不会相互干扰的区间之内就可以
了。
实际上，这个域的1536-65535（从0x0600-0xFFFF）之间的全部值都已被保留为类型域的值，而0-1500
的所有值则被保留为长度域的赋值。
在这种方式下，使用ieee802.3格式（带llc）的以太网客户之间可以通信，而使用dix以太网格式（带
类型域）的客户之间也可以在同一个lan相互通信。
当然，这两类用户之间不能通信，除非有设备驱动软件
或高层协议能够理解这两种格式。
许多高层协议到现在还在使用dix以太网格式。
这种格式是tcp/ip、ipx
（netware）、decnetphase4和lat（dec的localareatranspont，局部传输）使用得最普遍的格式。
ieee802.3/llc大都在appletalkphase2、netbios和一些ipx（netware）的实现中普通应用。
ieee802.3帧格式（1997）
在1995-1996年间，ieee802.3x任务组为支持全双工操作对已有标准作了补充。
其中一部分工作就是开
发了流量控制算法。
帧格式方面的最大变化是：
mac控制协议使用dix以太网风格的类型域来唯一区分mac控制帧与其他协议
的帧。
这是ieee802委员会第一次使用这种帧格式。
只要该任务组把mac控制协议对类型域的使用合法化，他
们就能把任何ieee802.3帧对类型域的使用合法化。
ieee802.3x在1997年成为ieee通过的协议。
这使原来“
以太网使用类型域而ieee802.3使用长度域”的差别消失。
ieee802.3经过ieee802.3x标准的补充，支持这个
域作为类型域和长度域两种解释。
两者都是“ieee802.3格式”，类型域和长度域的不同解释正如本节前部所
述。
作为类型域用法标准化的一部分，ieee承担了为类型域设定惟一值的则任（xerox从1980年已开始对类型域赋值）。
千兆以太网使用了这种混合的帧格式。
以太网帧
该帧包含6个域：
前导码（preamble）包含8个字节（octet）；目的地址（da）包含6个字节；源地址（sa）包含6个字节；类型域包含2个字节；数据域包含46-1500字节；帧效验序列（Fcs）包含4个字节。
篇二：
以太网mac协议
以太网mac协议
1位/字节顺序的表示方法
1.1位序
严格地讲，以太网对于字节中位的解释是完全不敏感的。
也就是说，以太网并不需要将一个字节看成是一个具有8个比特的数字值。
但是为了使位序更容易描述以及防止不兼容，以太网和多数数据通信系统一样，传输一个字节的顺序是从最低有效位（对应于20的数字位）到最高有效位（对应于27的数字位）。
另外习惯上在书写二进制数字时，最低值位写在最左面，而最高值位写在最右面。
这种写法被称为“小端”形式或正规形式。
一个字节可以写成两个十六进制数字，第一个数字（最左边）是最高位数字，第二个（最右边）是最低位数字。
1.2字节顺序
如果所有有定义的数据值都是1字节长，则在介绍完位序后就可以停止了。
但是很不幸事实并非如此，所以我们必须面对长于单个字节的域，这些域是以从左到右排列的，以连接符“-”分隔的字节串表示。
每个字节包含两个十六进制数字。
多字节域的各个字节按第一个到最后一个（即从左到右）的顺序发送，而每个字节采用小端位序传送。
例如，6字节域：
08-00-60-01-2c-4a
将按以下顺序（从左向右读）串行地发送：
00010000-00000000-00000110-10000000-00110100-01010010
2以太网地址
地址是一个指明特定站或一组站的标识。
以太网地址是6字节（48比特）长。
图1说明了以太网地址格式。
图1以太网地址格式
在目的地址中，地址的第1位表明该帧将要发送给单个站点还是一组站点。
在源地址中，第1位必须为0。
站地址要唯一确定是至关重要的，一个帧的目的地不能是模糊的。
地址的唯
一性可以是：
●局限于本网络内。
保证地址在某个特定lan中是唯一的，但不能保证
在相互连接的lan中是唯一的。
当使用局部唯一地址时，要求网络管理员对地址进行分配。
●全局的。
保证地址在所有的lan中，在任何时间，以及对于所有的技
术都是唯一的，这是一个强大的机制，因为：
（1）使网络管理员不必为地址分配而烦恼；
（2）使得站点可以在lan之间移动，而不必重新分配地址；
（3）可以实现数据链路网桥/交换机。
全局唯一地址以块为单位进行分配，地址块由ieee管理。
一个组织从ieee获得唯一的地址块（称为oui），并可用该地址块创建224个设备。
那么保证该地址块中地址（最后3个字节）的唯一性就是制造商的责任。
地址中的第2位指示该地址是全局唯一还是局部唯一。
除了个别情况，历史上以太网一直使用全局唯一地址。
3以太网数据帧格式
图2基本的以太网帧格式及传输次序
图2显示了以太网mac帧各个字段的大小和内容以及传输次序。
该格式中每个字段的字节次序是先传输的字节在左，后传输的字节在右。
在每个字节中的位次序正好相反，低位在左，高位在右。
字节次序和位的次序通常用于Fcs之外的所有字段。
Fcs将作为一个特殊的32位字段（最高位在左），而不是4个单独的字节。
3.1前导码（preamble）和帧起始定界符（sFd）
前导码包含8个字节。
前7个字节（56位）的职位0x55，而最后一个字节为帧起始定界符，其值为0xd5。
结果前导码将成为一个由62个1和0间隔（10101010---）的串行比特流，最后2位是连续的1，表示数据链路层帧的开始。
其作用就是提醒接收系统有帧的到来，以及使到来的帧与输入定时进行同步。
在dix以太网中，前导码被认为是物理层封装的一部分，而不是数据链路层的封装。
3.2地址字段
每个mac帧包含两个地址字段：
目标地址（destinationaddress）和源地址（sourceaddress）。
目的地址标识了帧的目的地站点，源地址标识了发送帧的站。
da可以是单播地址（单个目的地）或组播地址（组目的地），sa通常是单播地
址（即，第1位是0）。
3.3长度/类型（length/type）
长度/类型字段具有两种意义中的一种。
如果这个字段的值小于1518，那么这个字段就是长度字段，并定义后面的数据字段的长度。
但是如果这个字段的值大于1518，它就标识了在以太网上运行的客户端协议。
3.4数据（data）
数据字段包含46～1500字节。
数据域封装了通过以太网传输的高层协议信息。
由于csma/cd算法的限制，以太网帧必须不能小于某个最小长度。
高层协议要保证这个域至少包含46个字节。
数据域长度的上限是任意的，但已经被设置为1500字节。
3.5帧校验序列（Fcs）
帧校验序列包含4个字节。
Fcs是从da开始到数据域结束这部分的校验和。
校验和的算法是32位的循环冗余校验法（cRc）。
关
于Fcs部分后面将做详细介绍。
4无效的mac帧格式
满足下面条件至少一个的mac帧即无效：
（1）帧长度和length/type字段中指定的长度不一致。
如果length/type中包含的是类型值，则认为帧长度与该字段值一致而不认为是无效帧。
（2）不是整数字节的长度。
（3）对接收到的帧进行cRc校验，发现错误。
无效的mac帧内容将不传送到llc层或mac控制子层。
并将出现无效帧这一情况报告给网络管理。
5csma/cd协议
为了通信的简便，以太网采用了两种重要的措施：
第一，采用无连接的工作方式，在传输数据之前无需建立连接。
第二，对发送的帧不进行编号，也不要求接收方发回确认帧。
这样做的理由是不同于其他网络，局域网信道的质量非常好，因为信道质量而产生错误的概率非常小。
这与一般数据链路层协议有些区别，如滑动窗口协议等。
因此以太网提供的是服务是不可靠交付，即尽最大努力的交付。
当目的站点收到有错误的数据帧时，就简单的丢弃该帧，除此之外什么也不做。
上层协议会发现并处理，如上层协议发现丢失了一些数据，则过一段时间会把这些数据重新交给以太网，但以太网并不认为这是一个重传的帧，而是当作一个新的帧来处理。
在半双工模式下，一个重要的问题就是如何协调总线上的各个站点，因为半双工模式同一时间只允许一个站点发送数据，否则各站点之间将会互相干扰。
以太网采用的就是被称为csma/cd，即载波监听多路访问/冲突检测的协议。
“多路访问”说明是总线型网络，许多站点以多点的方式共用一个总线。
协议的实质是载波监听和冲突检测。
“载波监听”就是指站点在发送数据前先检查总线上是否已有数据在传输，如有则暂缓发送，避免冲突。
实质就是在冲突发生前尽量避免。
“冲突检测”就是边发送边对媒体上的电压信号大小进行监测。
当一个站点监测到电压摆动值超过一定的门限时，就可认为发生了冲突。
冲突检测具体由物理层完成，数据链路层根据物理层的信号来判断是否有冲突。
一旦发生了冲突，站点就要停止发送数据，然后根据协议进行重传。
5.1帧的发送
数据发送模块主要实现以下两个功能：
1）数据的封装。
2）发送媒体管理。
包括信道获取，冲突处理等。
5.1.1数据的封装
发送模块按照以太网mac帧格式，将待发送的数据与目的地址，源地址，类型/长度字段进行组合，并根据数据长度添加适当的填充字段以达到802.3标准规定的最小帧长度，然后计算cRc校验作为Fcs字段添加在帧尾，形成一个完整的mac帧。
在发送时，模块首先自动生成并发送前同步码和帧开始定界符，然后开始发送组装好的mac帧。
5.1.2发送媒体管理
等待机制（defference）
当一个待发送帧准备就绪时，按照工作模式的不同，发送模块采用2种规则。
半双工模式：
在半双工模式下，为了避免其他主机竞争媒体而产生的冲突，mac通过监听载波信号来得知是否有其他站点在发送信息。
该信号由物理层信号提供。
如信道忙，mac会暂缓发送自己的数据，直到信号变为空闲时，才开始发送。
通常当信道变为空闲后，mac并不立刻发送数据，而是继续等待一个帧间间隔，目的是给物理层以及其他站点的mac处理上一个帧的时间。
当一切准备就绪后，mac就把帧交给物理层以二进制数据流的形式发送出去。
全双工模式：
而在全双工模式下，情况则大不相同。
由于站点之间的连接为点到点，且可以同时进行发送和接收，所以就不存在冲突，也就不需要载波监听。
待发送的帧只要等待一个帧间间隔就可以立刻发送，不需要考虑是否正在接收数据。
5.1.3冲突监测和处理：
在半双工模式下，假如有多个站点企图同时发送数据，尽管每个发送站都有等待机制，然而还是很有可能会相互干扰。
当2个站发送的信号叠加时，冲突就
发生了。
只有在半双工的模式下，才有可能会发生冲突。
冲突说明当前有多个站企图使用共享信道。
在全双工模式下，两个站点之间有着点到点的独享信道，不存在冲突。
尽管物理层仍然会提供冲突信号，然而在全双工模式下，这个信号被忽略了。
当某个站点开始发送数据时，仅在发送开始的一段时间内可能遭遇到冲突，这个时间段被称为冲突窗口（collisionwindow）。
这是由于信号在媒体上传播也需要时间，冲突窗口就是发送站点的信号传遍冲突域所需的时间。
这是一个很重要的参数，以太网取传输512bit数据所用时间为争用期的长度。
需要指出，以太网的端到端时延实际上是小于争用期的一半的，争用期被规定为传输512bit所用时间，不仅是考虑了以太网的端到端时延，而且还包括其它的许多因素，如可能存在的转发器所增加的时延，以及强化冲突的干扰信号的持续时间等。
一般以太网的冲突多为发生在冲突窗口内。
一旦冲突发生，物理层会监测到干扰信号，于是冲突监测信号被置1。
在半双工模式下，发送模块的接入管理模块响应这一信号，冲突处理机制开始执行。
首先，该模块会发送一系列被称为冲突强化的信息，确保其他的站点也能得知冲突的发生，强化冲突过后，发送端终止当前发送，并等待一个随机的时间重新尝试发送。
重新发送同样也有可能遭遇到冲突，最终的结果有两个，一是发送成功，二是达到了重传的数量上限，发送失败。
在全双工模式下，发送站点忽略物理层的冲突信号，站点随时可以发送帧而不会有冲突发生，所以不需要强化冲突和重传机制。
5.1.4退避算法以及重传
以太网使用截断二进制指数回退算法来解决冲突后的重发问题。
截断二进制指数回退算法很简单，就是让发生冲突的站点在停止发送数据后，不是立刻重发，而是推迟一个随机的时间。
这样就使得重发时再次发生冲突的概率减小。
具体的算法是：
（1）确定单位回退时间，通常是取冲突窗口的值，即传输512bit数据所需时间，称为时槽。
（2）定义参数k，它等于重传次数，但不超过10，因此k=min（n,10）。
（3）取r满足0≤r （4）当重传达到16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据的站点过多，导致连续发生冲突），则丢弃该帧，并向上层协议报告。
使用以上的回退算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数增加而增加，这也被称为动态退避，有利于整个系统的稳定。
5.2帧的接收
在接收端，站监视信道以获得帧到达的指示。
当发现信道变成非空闲状态时，
篇三：
计算机网络第三章作业
计算机网络作业3
3-05如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？
答：
无法区分分组与分组；
无法确定分组的控制域和数据域；
无法将差错更正的范围限定在确切的局部。
3-06ppp协议的主要特点是什么？
为什么ppp不使用帧的编号？
ppp适用于什么情况？
为什么ppp协议不能使数据链路层实现可靠传输？
答：
ppp协议主要特点：
简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错，不使用序号和确认机制，地址字段a只置为0xFF。
地址字段实际上并不起作用。
控制字段c通常置为0x03。
ppp是面向字节的
当ppp用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和hdlc的做法一样），当ppp用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。
ppp适用于线路质量不太差的情况下、ppp没有编码和确认机制
3-27假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的，而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。
另一个以太网的情况则反过来。
这两个以太网一个使用以太网集线器，而另一个使用以太网交换机。
你认为以太网交换机应当用在哪一个网络？
答：
以太网交换机应该用在局域网和因特网之间的通信量为80%的那个以太网。
因为集线器为物理层设备，模拟了总线这一共享媒介共争用，成为局域网通信容量的瓶颈。
交换机则为链路层设备，可实现透明交换。
而局域网通过路由器与因特网相连，所以当本局域网和因特网之间的通信量占主要成份时，形成集中面向路由器的数据流，使用集线器冲突较大，采用交换机能得到改善。
当本局域网内通信量占主要成份时，采用交换机改善对外流量不明显
3-2910mb/s以太网升级到100mb/s、1gb/s和10gb/s时，都需要解决哪些技术问题？
为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？
答：
技术问题：
使参数a保持为较小的数值，可通过减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，在100mb/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆的度减小到100m，帧间时间间隔从原来9.6微秒改为现在的0.96微秒。
吉比特以太网仍保持一个网段的最大长度为100m，但采用了“载波延伸”的方法，使最短帧长仍为64字节（这样可以保持兼容性）、同时将争用时间增大为512字节。
并使用“分组突发”减小开销。
10吉比特以太网的帧格式与10mb/s，100mb/s和1gb/s以太网的帧格式完全相同
吉比特以太网还保留标准规定的以太网最小和最大帧长，这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。
由于数据率很高，吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体，它使用长距离（超过km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广域网。
升级会员 