72 第二部分底层物理网络 China-pub.com 载 表52收发器电缆连接器引脚分配 引脚 信 号 引 脚 信 号 引 脚 信 号 屏蔽地 电源地 保留 冲突指示+ 保留 接收数据 发送数据+ 保留 3 电讶 4 保留 冲突指示一 14 保留 接收数据+ 10 发送数据- 15 保留 第2种电缆是10Base2,或称之为“细以太电缆”。细以太电缆采用工业标准的BNC连接器组 成T型接头，因而比较灵活、可靠。细以太电缆价格低廉、安装方便，但是它覆盖的范围只有 200m,而且每段电缆内只能连接30台机器。网络接口板通过一个无源的BNCT型头与电缆直接 相连，不需要收发器电缆，收发控制电路在网络接口板上。 对于上述两种电缆，都存在电缆断裂、插入式分接头损坏或插接头松动的潜在隐患。我们 可以采用一种称为时域反射测量(time domain reflectometry)的技术，其基本工作原理是：首 先向电缆输入一个已知形状的脉冲，如果它受到阻碍或达到电缆尽头，就会返回一个回波，仔 细测量发送脉冲和回波到达之间的间隔，就可以确定回波的发源处。 为了更好地解决电缆故障的问题，现在广泛采用一种新的接线方式，即将所有的站点通过 双绞线连接到中心集线器(Hub)上，构成星型结构，这种方式被称作I0Base-T。10Base-T的结 构使得网络结点的加入和移去都变得十分简单，对电缆故障的检测也非常容易。l0Base-T的缺 点是它的电缆长度为距离集线器100m。尽管如此，由于10Base-T易于维护，它的应用越来越广。 图5-4给出了上述3种连接方式的图解。IEEE802.3的第4种电缆连接方式是10Base-F,它采用光纤 介质。10Base-F具有很好的抗干扰性，常常用于远程办公室或工作站的连接，但1 OBase-F的的连 接器和终端匹配器价格比较昂贵。 网络接口板 网络接口板 收发器电缆 888889 分接头 世@西应囟回位 收发器 连接器 集线器 b)10Base2 c)10Base-1 图5-4IEEE802.3的三种接线方式 图5-5给出了10Base5网络的一个连接示意图，其中图5-5a表示电缆长度小于500m的情形： 图5-5b表示当网络覆盖的距离超过500m时可以用中继器(repeator)加以扩充。中继器是一个物
表5-2 收发器电缆连接器引脚分配 引 脚 信 号 引 脚 信 号 引 脚 信 号 1 屏蔽地 6 电源地 11 保留 2 冲突指示＋ 7 保留 1 2 接收数据－ 3 发送数据＋ 8 保留 1 3 电源 4 保留 9 冲突指示－ 1 4 保留 5 接收数据＋ 1 0 发送数据－ 1 5 保留 第2种电缆是1 0 B a s e 2，或称之为“细以太电缆”。细以太电缆采用工业标准的 B N C连接器组 成T型接头，因而比较灵活、可靠。细以太电缆价格低廉、安装方便，但是它覆盖的范围只有 2 0 0 m，而且每段电缆内只能连接 3 0台机器。网络接口板通过一个无源的 BNC T型头与电缆直接 相连，不需要收发器电缆，收发控制电路在网络接口板上。 对于上述两种电缆，都存在电缆断裂、插入式分接头损坏或插接头松动的潜在隐患。我们 可以采用一种称为时域反射测量（ time domain reflectometry）的技术，其基本工作原理是：首 先向电缆输入一个已知形状的脉冲，如果它受到阻碍或达到电缆尽头，就会返回一个回波，仔 细测量发送脉冲和回波到达之间的间隔，就可以确定回波的发源处。 为了更好地解决电缆故障的问题，现在广泛采用一种新的接线方式，即将所有的站点通过 双绞线连接到中心集线器（ H u b）上，构成星型结构，这种方式被称作 1 0 B a s e - T。1 0 B a s e - T的结 构使得网络结点的加入和移去都变得十分简单，对电缆故障的检测也非常容易。 1 0 B a s e - T的缺 点是它的电缆长度为距离集线器 1 0 0 m。尽管如此，由于1 0 B a s e - T易于维护，它的应用越来越广。 图5 - 4给出了上述3种连接方式的图解。I E E E 8 0 2 . 3的第4种电缆连接方式是1 0 B a s e - F，它采用光纤 介质。1 0 B a s e - F具有很好的抗干扰性，常常用于远程办公室或工作站的连接，但 1 0 B a s e - F的的连 接器和终端匹配器价格比较昂贵。 图5-4 IEEE802.3 的三种接线方式 图5 - 5给出了1 0 B a s e 5网络的一个连接示意图，其中图 5 - 5 a表示电缆长度小于 5 0 0 m的情形； 图5 - 5 b表示当网络覆盖的距离超过 5 0 0 m时可以用中继器（r e p e a t o r）加以扩充。中继器是一个物 72第第第二部分第底层物理网络 下载 网络接口板 收发器电缆 分接头 收发器 连接器 a) 10Base5 b) 10Base2 c) 10Base-T 集线器 双绞线 网络接口板 网络接口板
Chi通a-pub.coM 第5章局城网 73 下载 理层设备，它能够双向接收并放大信号。对于CSMA/CD协议来说，用中继器连接起来的一系列 电缆段同单根电缆并无区别（除了中继器产生一些延迟外）。一个EEE802.3系统可以同时有多 个电缆段和多个中继器。但10Base5规定，任意两个收发器的距离不能超过2.5km,即任意两个 收发器之间中继器的个数不能超过4个。 a)单段电缆的10Basc5 洁名1含名 b)有中继器的10Base5 图5-5IEEE802.310Base5连接示意图 IEEE802.3在电缆上传输的信号采用曼彻斯特编码。其编码规则为，每个数据单元分割为等 宽的两部分：电平由低到高时表示“1”，由高到低时表示“0”。曼彻斯特编码将时钟与数据组 合在一起，接收方可以从接收到的数据中提取时钟信号以取得与发送方时钟的同步。另外，曼 彻斯特编码保证每个数据单元至少有一个跳变，可以用它来区分电缆的工作状态和空闲状态， 便于实现载波侦听。同样的道理，曼彻斯特编码也能适合冲突检测。 5.2.2MAC协议 IEEE802.3MAC子层协议包括帧格式和CSMA/CD协议两部分，下面我们主要介绍 EEE8O2.3帧格式并对CSMA/CD协议的某些内容加以讨论。 1.帧格式 IEEE802.3的帧格式如图5-6所示。802.3的帧由八部分组成：前导符、起始符、目的地址 源地址、长度、数据、PAD和CRC校验码。其发送顺序是从前导符开始发送，每个字节从最低 开始发送。 2 0-1500 0-464字节 前导符起始符目的地址源地址长度数据PAD CRC 图5-6IEEE802.3帧格式
理层设备，它能够双向接收并放大信号。对于 C S M A / C D协议来说，用中继器连接起来的一系列 电缆段同单根电缆并无区别（除了中继器产生一些延迟外）。一个IEEE802.3 系统可以同时有多 个电缆段和多个中继器。但 1 0 B a s e 5规定，任意两个收发器的距离不能超过 2 . 5 k m，即任意两个 收发器之间中继器的个数不能超过 4个。 图5-5 IEEE802.3 10Base5连接示意图 I E E E 8 0 2 . 3在电缆上传输的信号采用曼彻斯特编码。其编码规则为，每个数据单元分割为等 宽的两部分：电平由低到高时表示“ 1”，由高到低时表示“ 0”。曼彻斯特编码将时钟与数据组 合在一起，接收方可以从接收到的数据中提取时钟信号以取得与发送方时钟的同步。另外，曼 彻斯特编码保证每个数据单元至少有一个跳变，可以用它来区分电缆的工作状态和空闲状态， 便于实现载波侦听。同样的道理，曼彻斯特编码也能适合冲突检测。 5.2.2 MAC协议 IEEE802.3 MAC 子层协议包括帧格式和 C S M A / C D协议两部分，下面我们主要介绍 I E E E 8 0 2 . 3帧格式并对C S M A / C D协议的某些内容加以讨论。 1. 帧格式 I E E E 8 0 2 . 3的帧格式如图 5 - 6所示。8 0 2 . 3的帧由八部分组成：前导符、起始符、目的地址、 源地址、长度、数据、 PA D和C R C校验码。其发送顺序是从前导符开始发送，每个字节从最低 开始发送。 图5-6 IEEE802.3帧格式 第5章第局 域 网第第7 3 下载 同轴电缆 分接头 端接器 工作站 收发器 网卡 段1 段2 中继器 a) 单段电缆的10Base 5 b) 有中继器的10Base 5 前导符 7 1 6 6 2 0～1500 0～46 4 字节 起始符 目的地址 源地址 长度 数据 PAD CRC
74 第二部分底层物理网络 China-pub.com 载 前导符是7个字节的10101010。前导符字段的曼彻斯特编码会产生10MHz、持续5.6us的方 波，便于接收方的接收时钟与发送方的发送时钟进行同步。 起始符为10101011，标志着一帧的开始。 目的地址共48位，指示接收站点。最高位为“0”时表示唯一地址或单播地址(unicast address);最高位为“1”时表示组地址或组播地址(multicast address)；全“1”时为广播地 址(broadcast address) 802.3采用长地止是出于所用“全球唯一地址”的编址簧路，即所有802.3网络中的工作站网 卡的物理地址都互不相同（共有247，即超过一百万亿个地址），从而使得工作站在不同网络之 间移动时无需改变地址。另外，在网络互连后，唯一地址还有利于跨网寻址。在Xrox公司设有 一个专门负责分配这一百万亿个地址的机构。 802.3的源地址也是48位，它必须是一个唯一地址，也就是说源地址的最高位必须为“0”。 长度字段用于指明数据段中的字节数，其值为0~1500。数据段是用户要发送的数据。0字节 数据是合法的，但这会引起麻烦。如前所述，CSMA/CD协议有一个冲突窗口，如果发送方在发 送时间达到冲突窗口宽度后仍然没有检测到冲突，则认为它已经“抓住”了信道，可以无冲突 地将数据发送完毕。但若一个完整顿的发送时间小于冲突窗口宽度，则发送方由于没有数据发 送将无法检测到是否有冲突(CSMA/CD要求边发送边进行冲突检测)。其结果是，产生冲突的 数据帧不能被CSMA/CD协议检测到并重新发送，而要靠高层软件加以处理，这将极大地延长发 送时间。另一方面，限制最小帧长度后，若接收方接收到一个短于最小帧长度的帧，即可判定 其是冲突碎片，无须再去判定其CRC,直接将其丢弃。 对于IEEE802.3,两个站点的最远距离不超过2500m,由4个中继器连接而成，其冲突窗口为 51.2μs(2倍电缆传播延迟加上4个中继器的双向延迟)对于10Mbps的IEEE802.3来说，这个时 间等于发送64字节，即512位的时间，64字节就是由此而来的。 随着网络速度的提高，相应地必须增大最小帧长度或缩小电缆最大长度。当802.3网络的速 度提高到100Mbps时，如果最大的电缆长度仍然为2500m,则最小帧长度必须为640字节，如果 要维持最小帧长度不变（与10Mbps的802.3相兼容），则必须限制两个站点的最大电缆长度为 250m。当网络速度提高到1Gbps时，既维持站点之间的最大距离为2500m,又要求最小帧长度应 达到6400字节，或既维持64字节的最小帧长度，又限制两个站点之间的最大距离为25m,都将 使网络不堪忍受。实际情况是，在千兆位以太网中，做了一些处理，一方面使之与1 OMbps和 10 OMbpsf的以太网兼容，同时又使网络中站点之间的最大距离仍保持在250m的可用范围之内。 PAD字段用于数据填充。当用户数据不足46字节时，要求将用户数据凑足46字节，以保证 IEEE802.3的帧长度不小于64字节(14字节顿头+46字节数据+4字节CRC)。 1EEE802.3的最大顿长度是1518字节(14字节顿头+1500字节数据+4字节CRC)。为应用方便 一般不限制最大帧长度。将用户报文一次性发送完，既节省软件开销，又可提高网络利用率。 特别是像802.3这样的竞争型网络，帧越短，为发送一次数据所需的竞争次数越多，冲突碎片所 占用的网络带宽也就越大。理论分析与实际测量结果都表明，数据帧越长，网络的有效利用率 就越高。然而帧长度还受另外两个因素限制：一是网络平均响应时间，帧越长，一次占用信道 的时间越长，其他结点等待发送所需要的时间也就越长：二是缓冲区的限制，考虑到典型环境
前导符是7个字节的1 0 1 0 1 0 1 0。前导符字段的曼彻斯特编码会产生 1 0 M H z、持续5 . 6 µ s 的方 波，便于接收方的接收时钟与发送方的发送时钟进行同步。 起始符为1 0 1 0 1 0 11，标志着一帧的开始。 目的地址共 4 8位，指示接收站点。最高位为“ 0”时表示唯一地址或单播地址（ u n i c a s t a d d r e s s）；最高位为“1”时表示组地址或组播地址（ multicast address）；全“1”时为广播地 址（broadcast address）。 8 0 2 . 3采用长地址是出于所谓“全球唯一地址”的编址策略，即所有 8 0 2 . 3网络中的工作站网 卡的物理地址都互不相同（共有 247 ，即超过一百万亿个地址），从而使得工作站在不同网络之 间移动时无需改变地址。另外，在网络互连后，唯一地址还有利于跨网寻址。在 X e r o x公司设有 一个专门负责分配这一百万亿个地址的机构。 8 0 2 . 3的源地址也是4 8位，它必须是一个唯一地址，也就是说源地址的最高位必须为“ 0”。 长度字段用于指明数据段中的字节数，其值为 0 ~ 1 5 0 0。数据段是用户要发送的数据。 0字节 数据是合法的，但这会引起麻烦。如前所述， C S M A / C D协议有一个冲突窗口，如果发送方在发 送时间达到冲突窗口宽度后仍然没有检测到冲突，则认为它已经“抓住”了信道，可以无冲突 地将数据发送完毕。但若一个完整帧的发送时间小于冲突窗口宽度，则发送方由于没有数据发 送将无法检测到是否有冲突（ C S M A / C D要求边发送边进行冲突检测）。其结果是，产生冲突的 数据帧不能被C S M A / C D协议检测到并重新发送，而要靠高层软件加以处理，这将极大地延长发 送时间。另一方面，限制最小帧长度后，若接收方接收到一个短于最小帧长度的帧，即可判定 其是冲突碎片，无须再去判定其 C R C，直接将其丢弃。 对于I E E E 8 0 2 . 3，两个站点的最远距离不超过 2 5 0 0 m，由4个中继器连接而成，其冲突窗口为 5 1 . 2 µ s （2倍电缆传播延迟加上 4个中继器的双向延迟）.对于 1 0 M b p s的I E E E 8 0 2 . 3来说，这个时 间等于发送6 4字节，即5 1 2位的时间，6 4字节就是由此而来的。 随着网络速度的提高，相应地必须增大最小帧长度或缩小电缆最大长度。当 8 0 2 . 3网络的速 度提高到1 0 0 M b p s时，如果最大的电缆长度仍然为 2 5 0 0 m，则最小帧长度必须为 6 4 0字节，如果 要维持最小帧长度不变（与 1 0 M b p s的8 0 2 . 3相兼容），则必须限制两个站点的最大电缆长度为 2 5 0 m。当网络速度提高到1 G b p s时，既维持站点之间的最大距离为 2 5 0 0 m，又要求最小帧长度应 达到6 4 0 0字节，或既维持 6 4字节的最小帧长度，又限制两个站点之间的最大距离为 2 5 m，都将 使网络不堪忍受。实际情况是，在千兆位以太网中，做了一些处理，一方面使之与 1 0 M b p s和 1 0 0 M b p s的以太网兼容，同时又使网络中站点之间的最大距离仍保持在 2 5 0 m的可用范围之内。 PA D字段用于数据填充。当用户数据不足 4 6字节时，要求将用户数据凑足 4 6字节，以保证 I E E E 8 0 2 . 3的帧长度不小于6 4字节（1 4字节帧头+ 4 6字节数据+ 4字节C R C）。 I E E E 8 0 2 . 3的最大帧长度是1 5 1 8字节（1 4字节帧头+ 1 5 0 0字节数据+ 4字节C R C）。为应用方便， 一般不限制最大帧长度。将用户报文一次性发送完，既节省软件开销，又可提高网络利用率。 特别是像8 0 2 . 3这样的竞争型网络，帧越短，为发送一次数据所需的竞争次数越多，冲突碎片所 占用的网络带宽也就越大。理论分析与实际测量结果都表明，数据帧越长，网络的有效利用率 就越高。然而帧长度还受另外两个因素限制：一是网络平均响应时间，帧越长，一次占用信道 的时间越长，其他结点等待发送所需要的时间也就越长；二是缓冲区的限制，考虑到典型环境 74第第第二部分第底层物理网络 下载