计算机网络.第五节课.笔记.以太网、CSMA/CD、VLAN
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 |
其中：
- 1500Byte是MTU。
- 46是以太网最短帧长减去6+6+2+4=18Byte。
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 τ 2\tau 2τ(当 δ → 0 \delta\to0 δ→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 τ × n 2\tau\times n 2τ×n ( n ≥ 0 ) (n\geq 0) (n≥0)加上传输占用信道所用时间 T 0 + τ T_0+\tau T0+τ， T 0 T_0 T0为从开始发送到发送完成的时间。
最小帧长为 512 512 512bit = 64 =64 =64Byte
电磁波在1千米电缆的传播时延约5μs。
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 → 0 a\to0 a→0时)： S m a x = T 0 T 0 + τ = 1 1 − a ( a = τ T 0 ) \begin{matrix}S_{max}=\frac{T_0}{T_0+\tau}=\frac{1}{1-a} & (a=\frac{\tau}{T_0}) \end{matrix} Smax=T0+τT0=1−a1(a=T0τ)
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。