计算机网络.第五节课.笔记.以太网、CSMA/CD、VLAN

电磁波在1千米电缆的传播时延约5μs。

LAN特点

无线局域网标准IEEE 802.11。

• 其地理范围和站点数目都有限。
• 可以广播
• 提高了系统可靠性、可用性、生存性
• 允许各个设备位置调整和改变

以太网

一种LAN，标准有IEEE 802.3和DIX Ethernet V2。采用曼彻斯特码。采用星型拓扑，但逻辑上为总线型拓扑。

不可靠交付

以太网提供的服务时尽最大努力交付。

子层

• LLC(逻辑链路控制)
• MAC(媒体接入控制)

以太网适配器必需功能

• 实现以太网协议
• 进行数据穿行传输与并行传输的转换
• 对数据进行缓存
• 能将管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机操作系统中

CSMA/CD

即载波监听多点接入/碰撞检测。
以太网采用CSMA/CD协议，并采用双向交替通信(半双工通信)。

• 载波监听：主机需要持续检查信道
• 碰撞检测：边发送边监听

传输过程

• 先听后发：发送前先检测信道。
• 边听边发：发送中仍检测信道。
• 冲突停止：不考虑强化碰撞，检测到冲突立即停止发送。
• 延迟重发：若检测到冲突，适配器执行指数退避算法，延迟后重新开始发送，若仍检测到碰撞，则停止并报错。

争用期(碰撞窗口)

• 上图中若发生碰撞则发送数据后最多经历$2\tau$(当$\delta \to 0$时)必然能够检测到碰撞，如果经历争用期而未检测到碰撞，则必然不会发生碰撞。
• 上图未体现强化碰撞，当检测到碰撞时仍持续发送32Byte或48Byte的干扰信号，以便将现在的碰撞通知所有用户。
• 发送一帧的时间为若干争用期$2\tau \times n$ $(n\ge 0)$加上传输占用信道所用时间$T_0+\tau$，$T_0$为从开始发送到发送完成的时间。

最小帧长为 $512$bit$=64$Byte

所有小于最小帧长的数据都被当做因冲突而终止传输的无效帧，全部被丢弃。
对于10Mbit/s的以太网传输最小帧长争用期为51.2μs。

计算信道利用率

• 信道利用率上限(当$a\to 0$时)：$\begin{array}{cc}{S}_{max}=\frac{T_0}{T_0+\tau }=\frac{1}{1-a}& (a=\frac{\tau }{T_0})\end{array}$

交换机

• 交换机的每一个端口都是一个冲突域；交换机默认有一个 VLAN，包含所有端口。
• 交换机交换表中存储MAC地址与接口的映射关系，每条记录都有“保质期”。

STP

即生成树协议。
以太网组网或改变拓扑时会计算生成树，切断某些链路从而避免环路。

VLAN

即虚拟局域网，本质是一种服务。

将一些有共同需求局域网段基于IP(不稳定)、MAC或端口(主要采用)分组，每个VLAN对应一个广播域(缩小了广播域)，VLAN 通信互不干扰。

• 分隔
• 灵活
• 安全

用 VLAN 对局域网划分优于路由器(层数更少)。

如图所示，当端口A、B不VLAN₂中时VLAN₂中俩主机无法通信，但如果A、B为Trunk端口(主干线端口)则可以通信 ，主干线不能加入 VLAN。
如果AB为Trunk，上图两交换机也不需要用两条线来连接。

MAC地址 长度48位

即物理地址/硬件地址，全1为数据链路层广播地址。

无效MAC帧

IEEE802.3：

• 帧长度不是整数个字节；
• 检验序列 FCS 查出差错；
• 数据字段长度太大或太小。

MAC帧格式

目的地址 6Byte

源地址 6Byte

类型 2Byte

数据字段 46Byte~1500Byte

FCS 4Byte

1500Byte是MTU。
46是以太网最短帧长减去6+6+2+4=18Byte。