【计网笔记】以太网

经典以太网

总线拓扑

物理层

Manchester编码

数据链路层

MAC子层

MAC帧

DIX格式与IEEE802.3格式

• IEEE802.3格式兼容DIX格式

• 前导码（+帧开始定界符SOF）
  • 8字节
    • 前7字节均为0xAA
    • 第8字节为0xAB
  • 前7字节的Manchester编码将产生稳定方波，用于校准时钟周期
• 目的地址
  • 6字节
  • 目的站的MAC地址
• 源地址
  • 6字节
  • 发送站的MAC地址
• 类型（仅DIX）/长度（仅IEEE802.3）
  • 2字节
  • 指定网络层协议或帧长度
  • 如果字段值小于等于0x0600（1536）时解释为IEEE的长度字段
    • 此时IEEE帧将在长度字段和数据字段之间加入LLC/SNAP头部用于指定类型
  • 反之解释为DIX的类型字段
    • 0x0800是IPv4协议
    • 0x86DD是IPv6协议
    • 此时DIX帧确定长度基于
      • 尾部12字节的帧间间隔IPG时间，连续传输的两帧之间亦有距离
      • Manchester编码每bit的固定跳变，无跳变则传输完成
• 数据
  • 0~1500字节
  • 1500字节的长度是历史原因
    • IEEE的长度字段基于这一上界
  • 帧长度最大为8+1518字节
    • 8字节前导码
    • 6字节目的地址
    • 6字节源地址
    • 2字节类型/长度
    • 1500字节数据字段
    • 0字节填充
    • 4字节校验码
• 填充
  • 0~46字节
  • 如果数据段不足46字节，填充段补足至46字节
    • 换言之，数据段+填充段>=46字节
    • 避免传输时间过短，防止CSMA/CD的冲突信号还没到该站就已经传输完成
  • 帧长度最小为8+64字节
    • 8字节前导码
    • 6字节目的地址
    • 6字节源地址
    • 2字节类型/长度
    • 0字节数据字段
    • 46字节填充
    • 4字节校验码
• 校验和
  • 4字节

MAC地址

均为6字节

指定目的地址和源地址

• 目的地址可以是一个地址组
• 源地址只能是一个站点地址

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• 单播帧：一对一
• 广播帧：一对局域网上全体
• 多播帧：一对多

交换式以太网

除了经典以太网以外的包括快速以太网、千兆以太网等等的其他以太网

• 从万兆以太网开始只支持全双工，无需CSMA/CD

设备

集线器

逻辑上和普通电缆无区别

集线器内站在同一冲突域内

• 集线器内站共用带宽
• 集线器内使用CSMA/CD控制

交换机

• 以前叫网桥

连接LAN，划分冲突域

• 交换机端口独占带宽

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• 直通式交换：交换机一旦看到帧的目的地址就开始转发，不看校验和
• 存储转发式交换 ：交换机完整收下帧后检查校验和，正确时才发送

泛洪算法

交换机维护一个记录MAC地址、端口号和时间戳的交换表，下电即清空

• 交换机收到帧后，查看源地址，把源MAC地址和接收端口号存进表
• 交换机在表中寻找目的地址，进而得出端口号
  • 在表中找到了目的地址
    • 对应发送端口号不是接收端口号，转发帧
    • 对应发送端口号是接收端口号，丢弃帧
  • 在表中没有找到目的地址，除收到帧的端口以外的所有端口都转发帧
    • 一旦有站点收到了信号，就把对应的MAC地址和端口号写进表
      • 后向学习算法
• 表维护表项更新的时间戳
  • 定期删除过期表项

生成树网桥

网络拓扑结构可能成环，导致泛洪算法不停空转

• 所有交换机统一一个交换机作为生成树树根
• 以根为起点，生成最小生成树
• 所有网桥关闭不属于最小生成树的链路

【2013-408】对于100Mbps的以太网交换机，当输出端口无排队，以直通交换（cut-through switching）方式转发一个以太网帧（不包括前导码）时，引入的转发延迟至少是（B）
A. 0us

B. 0.48us
C. 5.12us
D. 121.44us

不含前导码，只需看6字节目的地址，即48bits

【2014-408】某以太网拓扑及交换机当前转发表如下图所示，主机00-e1-d5-00-23-a1向主机00-e1-d5-00-23-c1发送1个数据帧，主机00-e1-d5-00-23-c1收到该帧后，向主机00-e1-d5-00-23-a1发送1个确认帧，交换机对这两个帧的转发端口分别是（B）

A. {3}和{1}
B. {2,3}和{1}
C. {2,3}和{1,2}

D. {1,2,3}和{1}

VLAN

交换机可以将一个LAN划分为多个VLAN

• VLAN内可通过交换机广播
  • 广播不能跨VLAN
• VLAN间用路由器转发

基于端口划分VLAN

交换机维护配置表，记录端口及对应的VLAN

• 换言之，VLAN通过端口划分
• 一个端口可能划分到多个VLAN中

基于MAC地址划分VLAN

站点的所属子网不随端口甚至交换机的改变而改变

按MAC地址划分为一些子网

基于IP地址

交换机可以访问到网络层的数据

可跨路由器和局域网扩展VLAN

【2015-408】下列关于交换机的叙述中，正确的是（A）
A. 以太网交换机本质上是一种多端口网桥

B. 通过交换机互连的一组工作站构成一个冲突域

C. 交换机每个端口所连网络构成一个独立的广播域

D. 以太网交换机可实现采用不同网络层协议的网络互联

【2016-408】若主机H2向主机H4发送1个数据帧，主机H4向主机H2立即发送一个确认帧，则除H4外，从物理层上能够收到该确认帧的主机还有（D）。

A. 仅H2
B. 仅H3
C. 仅H1、H2
D. 仅H2、H3

【2020-408】下图所示的网络中，冲突域和广播域的个数分别是（C）

A. 2，2
B. 2，4
C. 4，2
D. 4，4

【2023-912】下列哪种不是VLAN划分方式（C）
A. 基于端口
B. 基于MAC
C. 基于端口号
D. 网络地址