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第十章

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  1. 第十章 乙太網路:10 Mbps

  2. 10.0 導論 本章主要內容是討論10 Mbps 乙太網路,這個協定是在1973 年由Xerox 設計,它的資料傳輸率是10 Mbps,並且使用匯流排拓樸

  3. 10.1存取方式:CSMA/CD(1) IEEE 802.3標準定義了1持續(1-persistent) CSMA/CD 為 第一代乙太網路的存取方式,它在傳輸過程中會牽涉的步 驟如下: • 工作站將倒退重送(backoff) 參數設定為0。 • 工作站監測媒體,等待閒置頻道。 • 如果頻道是空閒的,工作站會等待一個訊框間隔(interframe gap, IFG) 時間,然後將該訊框送出。如果頻道不是閒置的,工作站會持續監測頻道,直到它空閒為止(1持續策略)。 • 頻道在傳送的期間會被監測。

  4. 存取方式:CSMA/CD(2) • 如果在前512位元(我們稍後會討論這個數字的理由)感應到碰撞,傳輸會立刻中斷,並且送出一個特別的干擾訊號。干擾訊號為32 個位元。 • 工作站增加倒退重送參數。如果這個參數小於限制(10),工作站等待另一個倒退重送的時間之後才會再次感應頻道。 • 倒退重送的時間是由下面公式決定 倒退重送時間= r ×槽時(slot-time) r 是一個介於 0 與 2 k - 1之間的隨機整數,k 是倒退重送參數(槽時會在後面定義) • 雖然CSMA/CD標準容許15次重試,實際上,網路絕對不會重試超過10 次。

  5. 圖10.110Mbps 乙太網路存取方法的程序

  6. 範例(1) • 想像有一個工作站感應到頻道是閒置的,工作站送出一個訊框,不過,現在它偵測到碰撞。它又再試了兩次,但是每次都偵測到碰撞。最後,它在第四次重試時成功了。如果槽時是512 個位元 (51.2 μs),那麼它的倒退重送為何? 1. 在第一次碰撞之後,k =1,所以2 k - 1= 1。這表示說r 是在0 與1 之間;也就是產生的隨機數字可以是0 或1。如果是0,工作站不等待(0 × 51.2 = 0µs)。如果是1,工作站要等待51.2 µs (1 × 51.2 = 51.2 µs)。 2. 在第二次碰撞之後, k = 2,所以 2 k - 1= 3。這表示說r 是在0 與3 之間;也就是產生的隨機數字可以是0、1、2、或3。參考表10.1 可找到對應的倒退重送時間。

  7. 範例(2) 3. 在第三次碰撞之後,k = 3,所以2 k - 1= 7。這表示說r 是在0 與7 之間;也就是產生的隨機數字可以是0、1、2、3、4、5、6或7。參考表10.1 可找到對應的倒退重送時間。 4. 第四次沒有發生碰撞,所以工作站送出它的訊框。

  8. 表10.1倒退重送時間的範例

  9. 10.2協定層 • 資料連結由兩個子層組成:LLC與MAC。 • 實體層在傳統乙太網路是由四個部分組成:PLS、AUI、MAU 以及MDI。

  10. 圖10.210Mbps 乙太網路的協定層

  11. 10.3MAC子層 • MAC 子層(MAC Sublayer) 負責CSMA/CD 存取方式的操作,MAC子層也將來自LLC層收到的資料轉成訊框,並且傳送給PLS 子層來進行編碼。 • IEEE802.3 定義一種訊框包含七個欄位:前置、SFD、DA、SA、PDU 的長度∕類型,802.2訊框,以及CRC。 • 每個工作站在乙太網路之中(例如個人電腦、工作站、或印表機)都有它自己的網路介面卡(network interface card, NIC)。NIC 裝置在工作站內部,並且提供工作站 6個位元組的實體位址。

  12. 圖10.3802.3 MAC訊框

  13. 圖10.4十六進位表示的乙太網路位址

  14. 圖10.5傳送乙太網路位址

  15. 單點與群播位址 • 來源位址永遠是單點位址(unicast address) -訊框只會來自一個工作站。不過,目的地位址可以是單點或群播(multicast)。 • 單點目的地位址只會定義一個接收者;在傳送者與接收者之間的關係是一對一。 • 群播群播目的地位址定義了一群位址;傳送者與接收者之間的關係是一對多。 • 一個乙太網路位址可以是全球(globally) 或本地端唯一(locally unique)

  16. 圖10.6單點與群播位址

  17. 圖10.7全球與本地唯一位址

  18. 圖10.8最短長度

  19. 圖10.9最大長度

  20. 槽時 • 在乙太網路中,一個訊框從最大長度網路的某一端到另一端所需要的來回時間,加上送出干擾序列的時間稱為槽時(slot time)。 槽時=來回時間+傳送干擾序列所需要的時間 • 在傳統的乙太網路中,我們可以計算 最大長度= 傳播速度×槽時/ 2

  21. 10.4實體層 • 實體層由四個子層組成:PLS、AUI、MAU 以及MDI。 • PLS 子層(PLS sublayer) 將資料編碼與解碼。 • 附屬單元介面(attachment unit interface, AUI) 是定義PLS 與MAU之間介面的規格。AUI 被發展用來在PLS與MAU之間建造一個媒體獨立介面(medium independent interface)。AUI 定義四種訊號類型(傳送資料、接收資料、發生碰撞、電源)。 • 媒體連接單元(medium attachment unit, MAU) 或稱收發器,與媒體相關。 • 要連接收發器(內部或外部)到媒體,我們需要媒體相關介面(medium dependent interface, MDI)。

  22. 圖10.10實體層

  23. 圖10.11PLS

  24. 圖10.12AUI 介面

  25. 圖10.13AUI 訊號

  26. 圖10.14AUI 連接器

  27. 圖10.15AUI 纜線

  28. 圖10.16MAU(收發器)

  29. 10.5實作 • IEEE 標準為基頻(數位)10Mbps 乙太網路定義四種不同實作方式:10Base5,10Base2,10BaseT,10BaseFL

  30. 圖10.1710Mbps 基頻乙太網路分類

  31. 10Base5:粗線乙太網路 • 10Base5 使用匯流排拓樸,並以外部收發器,經由分接頭連接到粗同軸纜線。 • 10Base5 LAN 最大可以有五個區段(segments),各區段最長500 m。不過,只有三個區段可以被用來連接工作站到媒體,另外兩個區段只可以用來連接遠端增益器。 • IEEE 定義四個部分來建立粗同軸區段:粗同軸纜線,N 型同軸連接器,N 型筒狀連接器,以及N型終端電阻。 • 10Base5 乙太網路各區段的尾端都需要50 歐姆N型終端電阻。

  32. 圖10.18使用10Base5連接工作站與媒體

  33. 圖10.1910 Base5區段

  34. 表10.2粗同軸纜線規格

  35. 10Base2:細線乙太網路 • 10 Base2 使用內部收發器的匯流排拓樸,或是經由外部收發器的點對點連接。 • 10 Base2 的LAN 最大可以有五個區段,每個區段最長185m。不過,只有三個區段可以被用來連接工作站到媒體,另外兩個區段只可以用來連接遠端增益器。 • IEEE 定義五種元件來建立細同軸的區段:細同軸纜線,BNC 型同軸連接器,BNC 型筒狀連接器,BNC 型終端電阻,以及BNC 型T 連接器。 • 10Base2乙太網路各區段的尾端都需要50歐姆的BNC型終端電阻(BNC-type terminator)。

  36. 圖10.20使用10Base2連接工作站到媒體

  37. 圖10.2110Base2 區段

  38. 表10.3細同軸纜線規格

  39. 10Base-T:雙絞線乙太網路 • 10Base-T 使用實體的星狀拓樸(邏輯拓樸還是匯流排)。工作站使用內部或外部收發器來連接集線器。當使用內部收發器時,不需要AUI 纜線。介面卡直接和媒體連接器連接。 • IEEE 對於雙絞線乙太網路定義兩種元件:雙絞線纜線與RJ-45連接器。

  40. 圖10.22使用10Base-T連接工作站到媒體

  41. 表10.4雙絞線纜線規格

  42. 10Base-FL:光纖連結乙太網路 • 10Base-FL使用星狀拓樸連接工作站到集線器。這個標準通常在實作上使用稱為光纖MAU的外部收發器。工作站經由AUI 纜線連接到外部收發器。收發器使用兩對光纖纜線連接到集線器。 • IEEE 定義10Base-FL 乙太網路需要的兩個元件:光纖纜線以及ST連接器。

  43. 圖10.23使用10Base-FL連接工作站到媒體

  44. 表10.510Base-FL規格

  45. 摘要 • 乙太網路是區域網路中使用最廣泛的協定。 • IEEE 802.3標準定義1持續CSMA/CD作為第一代10 Mbps 乙太網路的存取方法。 • 乙太網路的資料連結層包括LLC子層以及MAC 子層。 • MAC子層負責CSMA/CD存取方法的運作。 • 每個在乙太網路上的工作站都有唯一的48 bit 地址,被燒錄在它的網路介面卡(NIC)。 • 10Mbps 乙太網路的最短訊框長度是64 bytes;最長為1518 bytes。 • 10Mbps 乙太網路的槽時為51.2 µs。最長的網路為2500 m。

  46. 摘要 • 10Mbps 乙太網路的實體層包含四個子層:網路層訊號 (physical layer signaling, PLS) 子層,附屬單元介面 (attachment unit interface, AUI) 子層,媒介連接單元 (medium attachment unit, MAU) 子層,以及媒介相關 (medium dependent interface, MDI)子層。 • 常見的 10-Mbps 乙太網路的基頻實做為10Base5(粗乙太網路)、10Base2(細乙太網路)、10Base-T(雙絞線乙太網路)、以及10Base-FL(光纖連線乙太網路)。 • 10Base5 的乙太網路實做,使用粗同軸電纜,並且可以處理最多 300 台工作站。 • 10Base2 的乙太網路實做,使用細同軸電纜,並且可以處理最多96 台工作站。 • 10Base-T 的乙太網路實做,使用可以將工作站連接到集線器上面埠口的雙絞線。

  47. 摘要 • 10Base-FL的乙太網路實做使用光纖纜線。