1、資訊網路第 4-2 章1乙太網路乙太網路：1.CSMA/CD2.Best effort3.訊框結構訊框結構4.延遲時間延遲時間5.BEBA演算法演算法6.Interframe Spacing（spacing gap)7.CSMA/CD 傳輸流程圖傳輸流程圖8.乙太網路乙太網路 媒體規格媒體規格9.乙太網路乙太網路 市場佔有率最高的原因市場佔有率最高的原因第 4-2 章 常用網路拓樸簡介資訊網路第 4-2 章2乙太網路（Ethernet Network）的標準起源:u1960年u夏威夷大學開發的CSMA/CD（載波偵測存取與碰撞偵測）技術IEEE 802.3：u全祿（Xerox）1970年發展最
2、早的實驗性乙太網路系統uDIX 聯盟(DEC、Intel、Xerox)推動乙太網路成為業界的標準 將專利權轉移給 IEEE 協會，成為IEEE 802.3規格版本3載波偵測多重存取與碰撞偵測（CSMA/CD）分成三階段：1.送出資料前：工作站需先傾聽網路狀況有人在使用網路就須等候否則工作站就可傳輸資料2.資料傳輸時：設備還是繼續傾聽確定其他工作站沒有要在此時將資料上傳網路媒體3.當兩台電腦同時傾聽網路：沒人使用網路，便同時開始傳輸資料F就會發生碰撞listen before talklisten while talkingwait before talk again4乙太網路 Best eff
3、ort（盡力而為）乙太網路:u非連接式網路（Connectionless）架構u為 Best effort（盡力而為）系統Best effort（盡力而為）：u資料送出去後所有網路上的成員會盡其所能幫助該資料送往目的地u若網路壅塞或訊號受到干擾而無法送達資料1.資料不必確認:u 相關設備會拋棄該訊息u 不會通知發送者無法送達的訊息u 好處：網路不穩定，不必因非必要的重傳，增加網路負擔2.資料必須準確送達:F 需提供確認與重傳機制如使用LLC與TCP的可靠傳輸協定資訊網路第 4-2 章5乙太網路 訊框結構7 7 位位 元元 組組4 4 位位 元元 組組2 2位位 元元 組組6 6 位位 元元 組
4、組6 6 位位 元元 組組1 1 位位 元元 組組PreambleF FC C S SL L E E N NS SA AD D A AS SF FD DIEEE 802.3P Pr re ea am m b bl le e 訊訊 框框 頭頭 (1 10 01 10 01 10 0.1 10 01 10 01 1)-同同 步步 用用S SF FD D :訊訊 框框 開開 始始 欄欄 位位 (1 10 01 10 01 10 01 11 1)D D A A :目目 的的 地地 位位 址址S SA A :來來 源源 位位 址址L L E E N N :訊訊 框框 長長 度度D D A A T T A
5、 A :資資 料料 酬酬 載載 4 46 6 1 15 50 00 0 位位 元元 組組F FC C S S :訊訊 框框 檢檢 查查 (C C R R C C-3 32 2)M M A A C C-訊訊 框框 長長 度度 -從從 D D A A 算算 到到 F FC C S S最最 少少 6 64 4 位位 元元 組組 避避 免免 和和 碰碰 撞撞 訊訊 號號 混混 淆淆最最 多多 1 15 51 18 8 位位 元元 組組以以 免免 獨獨 佔佔 頻頻 寬寬4 46 6 1 15 50 00 0 位位 元元 組組D D A A T T A APreamble:1與0的交替模式來同步時序Sta
6、rt Frame Delimiter：標示時序資訊的結束和訊框的開始Destination Address：可為單點廣播、多點廣播（群組），或廣播（所有節點）位址 Source Address：發送者MAC位址Length：顯示資料佔幾個位元組的長度 Data Payload：最少必須有46個位元組，最多不可超過1500個位元組 Frame Check Sequence：傳送裝置建立一個循環冗餘查核（Cyclic Redundancy Check，CRC）值CRC-32接收裝置重新計算此值，以判斷訊框是否有誤訊框長度訊框長度：從目的地位址算起，到訊框檢查字元的總長度，最少必須有64個位元組，最
7、多不可超過1518個位元組 資訊網路第 4-2 章6Data payload（資料酬載）：461500位元組乙太網路訊框長度:u最少必須64個位元組u最多不可超過1518個位元組u資料不足時，須加上填充字元 使長度達64個位元組計算訊框長度：u目的地位址（DA）算起，到訊框檢查字元（FCS）的總長度u6（DA）+6（SA）+2（LEN）+4（FCS）18u至少：46+1864#u最多：1500+181518#7延遲時間延遲時間：u網路設備中延遲時間以中繼器最短比較網路傳輸和cpu執行速度:u例如：一個2500公尺的粗同軸電纜所架構的乙太網路拓樸F訊號往返一次所需時間大約40多微秒F剛好小於乙太
8、網路規定的51.2微秒的最大傳輸時間 40微秒可以讓cpu 執行多少指令：F假設一部CPU速度為500MHz的電腦 500MHz就是中央處理器每秒可執行5億個機器碼指令 40微秒可讓CPU工作2萬次 51084010-620,000次 結論：uCPU工作速度還是遠遠高於訊號往返一次所需時間8載波偵測多重存取與碰撞偵測 BEBA演算法發生碰撞時：u先偵測到碰撞的網路卡發送一個32位元長的碰撞訊號（jam signal，擁擠訊號）以便知會所有的設備有碰撞發生當網路上所有的設備都知道發生碰撞後:u使用BEBA（Truncated Binary Exponential Back-off Algorit
9、hm）演算法計算重傳時須等待的時間n：（n 16）碰撞次數F超過16次便宣告失敗放棄這次傳送，並向上層通知錯誤k：Min（n，10）F小於10次的碰撞次數以原次數計F大於10次以10次計r：（unit：slot time）0 r 2k 隨機產生的等待時間因子Fslot time（碰撞窗口）51.2 sF等待重傳時間 r 最短為0秒F等待重傳時間 r 最多為 210 51.2s，約為0.05秒資訊網路第 4-2 章9BEBA的特性 1.機會均等（先搶先贏）機會均等（先搶先贏）：u所有節點都遵守相同的遊戲規則u大家機會均等2.小訊框先送小訊框先送：u較小的訊框可迅速穿越u傳送量較大的工作需較長的排
10、隊時間3.後來先走後來先走：u碰撞次數越少越有可能等待較短的時間就重新傳送造成後來先走後來先走的現象Ethernet Interframe Spacing訊框間隙(Interframe Spacing):又稱 Interframe gap（IFG）或 spacing gap(間距隙縫)n網路卡在傳資料時，訊框與訊框之間的間隔n前一個訊框最後一位元到後一訊框的第一位元中間的長度n所有乙太網路的訊框間隙都是 96位元n送完一個訊框，區段上所有工作站需等候至少96位元時間n才可以繼續傳送訊框10補充：n碰撞的電腦經過BEBA運算後F若重送等待時間為0，也必需等96位元時間後才可重送資訊網路第 4-2
11、 章11CSMA/CD 傳輸流程圖Bit Time：傳送 1 Bit 所需的時間BEBA12乙太網路 媒體規格命名方式分為三部分：1.傳播速度的數字（頻寬）：如：10、100、1000、10G2.訊號種類的文字：基頻(Base)寬頻(Broad)3.媒體種類的文數字:數字：最大傳輸距離英文字母：傳輸媒介如：2、5、T、TX、FX、SX、LX、LR、ERu例如：10BaseF：F頻寬10Mbps 基頻光纖100BaseTX：F頻寬100Mbps 基頻雙絞線1000BaseLX：F頻寬1000Mbps 基頻遠距光纖1000BaseSX：F頻寬1000Mbps 基頻短距光纖乙太網路 媒體規格13乙太
12、網路分類演進（10Mbps）傳統10Mbps乙太網路:u標準由 IEEE 802.3 所規範u如:10Base5（50 歐姆粗同軸電纜）、10Base2（50 歐姆細同軸電纜）、10BaseT、10BaseF 最大延伸範圍：F 利用集線器(或中繼器)所延伸的最長距離14乙太網路分類演進（100Mbps）高速乙太網路(Fast Ethernet):u1995 年IEEE 發表100 Mbps u標準由 IEEE 802.3u 所規範100 Mbps 與 10 Mbps 乙太網路的不同：u頻寬及線材品質的提升15乙太網路分類演進（1000Mbps或1 G bps）超高速乙太網路(Gigabit E
13、thernet):u1998 年 IEEE 公佈u又稱 Gigabit 乙太網路u分為兩種媒體：1.光纖：F短波長光纖 1000BaseSX 與 長波長光纖 1000BaseLXF標準由 IEEE 802.3z 所規範2.雙絞線：F無遮蔽式雙絞線1000BaseTF標準由 IEEE 802.3ab 所規範u雙絞線超高速乙太網路（1 G bps）：F速率幾近銅質材料的頻寬極限F雜訊容忍度低1.需要精純材質2.改進訊號雜訊比 (Signal-to-Noise Ratio)16乙太網路分類演進（10Gbps）10 Gbps 極高速乙太網路:u簡寫10GbE（10 Gigabit Ethernet）u
14、2002 年 IEEE 通過，標準為 IEEE 802.3ae包括 4 點特色點：1.以光纖為傳輸介質2.實體層規格區分為:LAN PHY（區域網路）和 WAN PHY（廣域網路）3.沿用 10/100Base 乙太網路的封包長度和格式4.只支援全雙工（Full Duplex）：所用的光纖都是成雙成對兩端的節點可同時發送與接收資料例如：10GbaseLX4、10GbaseLR、10GbaseER、10GbaseWu2006 年 IEEE 通過採用 UTP 的 10GbE 標準802.3an使用 Cat 6 或 Cat 7 UTP，尤以 Cat 7 為最佳選擇改用 GG45 接頭，而非 RJ45
15、 接頭資訊網路第 4-2 章17乙太網路分類分析不同媒體規格使用不同的編碼技術不同頻寬的乙太網路技術:u只在第一層實體層有不同的規範u第二層是完全相容u例如：光纖使用 8B/10B local fiber（8 位元組/10 位元組本地光纖）:F 編碼技術基於NRZ編碼F 乙太網路訊框架構及大小卻是一致資訊網路第 4-2 章18乙太網路 市場佔有率最高的原因乙太網路市場佔有率最高的原因：1.不論乙太網路技術如何發展皆使用MAC位址與CSMA/CD（載波偵測多重存取與碰撞偵測）技術2.乙太網路訊框結構都保持不變3.增加媒體頻寬的同時兼容舊有的設備及技術4.使用不限於區域網路，亦跨足於都會網路及廣域網路補充：u未來的乙太網路有可能將捨棄CSMA/CD技術 因為全雙工、沒有碰撞的網路是發展的趨勢雙絞線的分級資訊網路第 4-2 章19
