大红灯笼亦有情

Ethernet 简介

Ethernet(以太网)
是过去三十年中最成功的局域网技术,是率先个被广泛应用的局域网技术,它的传输速度范围在
10Mbps –
100Gbps。以太网技术起点于施乐帕洛阿尔托切磋中心的先锋技术项目,在 1987
年,DEC 与 Inter 参预 Xerox 共同制订了 10Mbps Ethernet
的正规。那几个标准由 IEEE standard 802.3 组成。
对此 Ethernet
来说,一个重点的性状就是不可信赖传输,接收端主机网卡不会发送资料接收成功或者收受失败的音信给发送端主机网卡。
另一个至关紧要的表征是无需建立连线。发送端主机网卡在殡葬资料给接收端主机网卡的时候无需像打电话一样提前建立连线。

没事时光,整理书报。翻到一篇我在二〇一六年四月写的稿件,题目是《大红灯笼亦有情》。重新读来仍感亲切。

Ethernet 拓扑

  1. 总线拓扑(Bus Topology)

总线拓扑流行于 90
年代,它的特点是怀有的节点均位于同一个撞击区域,也就意味着节点同时传送会彼此碰撞。

咱俩以十足网段为例,该网络是 10Base5(10Base5 表示线路材质为同轴电缆,10
表示该网络速度为 10Mbps,Base 表示那类线缆被用于基频系统,5
代表每一个网段最长为 500 米)。

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从图中得以观察
1、为了确保数字信号的强度,以太网同轴电缆最长是 500 米。
2、每个节点都是连接到以太网。
3、收发器用来监测线路是或不是闲置,并且在担负信号的出殡和接到,收发器的另一端直接连接在节点的网卡。
4、终端器可以用来收纳传送到线路末尾的信号,幸免信号往回传送。

接下去大家以双网段为例,该网络是 10Base5。

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从图中得以看看
1、多个以太网段可以选取中继器来三番五次。
2、中继器是一个用来传输数字信号的安装,用来复制信号。
3、为了有限支持数字信号的强度,规定 2 个节点不可能有超常 4
马赛继器,而同轴电缆单条线路最长为 500
米,那表示一个以太网络的最大可达范围为 5 x 500 m = 2500 m 。

接下去大家以五网段为例,该网络是 10Base5。

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从图中得以看出
1、网段 1 到网段 5 之间的路线长度为 2500,为以太网络的最大可达范围。
2、为了有限支撑数字信号的强度,规定 2 个节点无法有超过 4
博洛尼亚继器,而同轴电缆单条线路最长为 500
米,那代表一个以太网络的最大可达范围为 5 x 500 m = 2500 m
。然则在那里有其它一种设计,网段 1
到网段 5 的门道使用 2 个 half-repeater 来增强信号,2 个 half-repeater
之间的距离有 1000 米 。

首先代以太网技术 10Base5
选取同轴电缆,第二代以太网新技巧应用相比细的缆线称作 10Base2。

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更新一代的以太网技术是 10BaseT,线路材质使用的是双绞线。

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动用 10BaseT 和 集线器的科普网络型态如下图

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  1. 星状拓扑 (Star Topology)
    现在的以太网络拓扑以星状拓扑最为盛行,交流机位于星状拓扑最中间,主机与主机之间的
    frame 不会互相碰撞。

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交流机位于星状拓扑最中间,使用沟通机有如下好处
1、加速以太网络集线器的传输速度
2、每一个以太网络接口都足以而且传输

介绍完了网络的总线拓扑和星状拓扑结构,那么接下去介绍信号是如何在线路传输的。

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如上图所示,线路上的信号传输采取曼切斯特编码,每一个 bit
位都有一个电位变化,便于识别高电位和低电位。 电位变化就好像 clocks
一样可以用来让传送端和接收端进行时间共同。

和当年我厂到处悬挂的红灯笼比较,二〇一六年是不日常的一年。她是大家供水儿女喜迎城市公共供水65周年,热烈祝贺的一年。

Ethernet Frame 格式

介绍了网络的社团也介绍信号是怎么在路经传输,接下去介绍数据是怎么在网络上传输的。

  1. Frame 封包格式
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这是 Ethernet Frame 的格式,这个格式约定了数据包的表示方法。

1、Preamble:用于信号同步(101010…1010)
2、SFD:Frame 的 分隔符,表示 Frame 要从头了(10101011)
3、DA:目标主机的网卡地址
4、SA:来源主机的网卡地址
5、Type:标明那些数据包应该被送到哪个上层协议,比如 IP,TCP/UDP
6、LLC:数据内容,最大数据量为 1500 bytes
7、PAD:当 LLC 的容量有限 46 bytes, 该栏位填充数据,直到数据量大于 46
bytes
8、FCS:用于错误检查
对此 Ethernet Frame 来说,最小封包为 64 bytes,最大封包为 1518
bytes。为啥要规划最大和纤维封包呢?最小封包用来规定封包的传递是还是不是爆发了碰撞,最大封包是幸免占用大批量频宽,不符合网络安插的公允规范。

  1. 以太网网络地址
    在网络中,每台主机都有一个唯一的以太网网络地址,不是 IP 地址,而是
    MAC 地址。MAC
    地址属于网卡,在网卡出场的时候就被烧录在网卡里面。MAC地址的样式是由冒号隔开的
    6 个数字组合的行列号码,每个数字是由 8 个 bit
    组成,以十六进制方式表现。如 MAC 地址是十六进制 8:0:2b:e4:b1:2
    ,转成二进制则是 00001000 00000000 00101011 11100100 10110001
    00000010 。

既然 MAC
地址在网卡出场的时候就被烧录在网卡里面,那又是怎么确保每个网卡的 MAC
地址唯一呢?涉及到那一个唯一性的题材,对于以太网来说,应该有一个网卡地址的集中管理机构,种种网卡创造商都会被分配依旧购买获得分歧的前缀地址,接下去各种网卡成立商所成立出来的网卡必须用其前缀地址来给自己打造的网卡分配地址。例如
Intel 被指定的 24 bit 的前缀为 8:0:20 。

  1. 以太网 Frame 传输特点
    1、网卡会收到网络线路上经过的富有的
    Frame,不过单纯会接受目的地址是自己网卡地址的 Frame
    。举个例子局域网内有 A,B,C,D,E 五台连接在同一个网段的主机,A 和 E
    分别在网段的 2 端,如果 A 发送了一个 Frame 给 E,那么网段上的 B,C,D
    三台主机同样可以接收到那些 Frame,而 E 主机的网卡辨认出那么些 Frame
    的目标地址是指向它自己的时候,E主机网卡会收下这么些 Frame,并把那些Frame 向上传送给主机。(在行使 Wireshark
    这些抓包工具进行抓包的时候,我们就可以感受到那么些以太网 Frame
    传输特点)
    2、网卡除了收受目的地址是团结网卡地址的
    Frame,还会经受目的地址为广播地址的 Frame 。所有 bit 均为 1
    的目的地址被视作广播地址,所有的网卡都会将目标地址为广播地址的 Frame
    收下,然后上传给主机。
    3、网卡除了收受目的地址是团结网卡地址的
    Frame,还会接受目标地址为广播地址的 Frame
    ,也会承受目标地址为群播地址的 Frame,网卡接受群播地址的 Frame
    的前提是网卡插手了该群组。群播地址是首先个 bit 为 1
    但不是广播地址的地址。

是我们常德首创水务同心协力,凝心聚气,制伏积雪山洪灾殃的一年。

Ethernet MAC 协议 — CSMA/CD

一般来说图所示,任何传送到以太网的信号都会被广播到所有网络上,信号会往网段的
2
边端点方向扩散,中继器会将信号传递到持有连接的网段,每一个网段的顶峰器会将信号接收,以幸免信号反弹回网段上。

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既是信号有可能在网络上发出碰撞,那么网络要因此什么样方法来尽量防止信号发生撞击呢?以太网设计者设计了一个号称
CSMA(卡丽(Carrie)r Sense Multiple
Access,载波侦听多路访问)的协议来尽量防止那种意况。

1.CSMA 运作

CSMA 是传输前先听。倘使听到线路是悠闲的,那么传输整个
Frame。要是听到线路是披星戴月的,那么延后传输时间。

2.CSMA 碰撞问题

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如上图,对于同一个网段上的主机 B 和主机 D 来说,主机 B 在 t0
时刻侦听线路是不是空闲,此时线路空闲,那么主机 B 的网卡初步传输
Frame。主机 D 在 t1 时刻侦听线路是不是空闲,此时主机 B
发送的信号还未曾传输到主机 D,主机 D 侦听到线路空闲,那么主机 D
的网卡初叶传输 Frame。那如上图所示,过一段时间后主机 B 和主机 D
的信号必然产生撞击,不过主机 B 和主机 D
不管信号是不是爆发了冲击,仍旧继续传输。也就是说 CSMA
纵然规定了传输延迟的特征,可是碰撞如故可能会生出,因为 主机 B 和主机 D
可能不会听到互相正在传输资料。假若暴发了碰撞,那么 Frame
的传输时间都会浪费掉,Frame
没辙传输成功,造成网络资源浪费。

  1. CSMA/CD (冲突检测)
    CSMA/CD(凯莉(Carrie)r Sense Multiple Access/collision
    detection,带有争辨检测的载波侦听多路存取)是八个节点在一条共用的路线上传输和收取
    Frame
    ,载波侦听表示所有的节点可以侦听到线路是悠闲或者坚苦,冲突检测表示一个节点在传输信号的时候会持续检测它发送的信号是不是与其余节点发送的信号发生冲击。
    CSMA/CD 与 CSMA
    的性状相同,都是传输前先听。假使听到线路是悠闲的,那么传输整个
    Frame。如果听到线路是披星戴月的,那么延后传输时间。不相同之处在于 CSMA/CD
    可以再短期内就能够侦测到信号暴发撞击而且冲击时有暴发后随即终端信号传输,下落网络资源的浪费。

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CSMA/CD 与 CSMA 协议不一致的是,在信号暴发撞击之后,CSMA/CD
协议得以侦测到信号爆发冲击,然后马上停下信号传输。所以从上图中可以见到信号碰撞的区域泾渭鲜明较小。

  1. CSMA/CD 的问题
    MAC 协议都是一向效果在网卡上边的,对于使用 CSMA/CD
    协议的网卡来说,它传输 Frame 的进度是何等啊?
    1、当网卡有一个 Frame 要传递且线路闲置,那么网卡会即刻将 Frame
    传送出来。
    2、当网卡有一个 Frame
    要传递且线路繁忙时,会等到线路闲置时再及时传输
    3、由于以太网使用 1-persistent
    协议,也就象征每当线路从繁忙到闲置,网卡立马传送 Frame 的票房价值为
    1,p-persistent 代表每当线路从繁忙到闲置时,网卡传送 Frame 的几率为
    p (0 <= p <= 1)

多亏因为 MAC 协议都是直接功效在网卡上面的,由此 CSMA/CD
协议是未曾集中管理机制的。所以有可能暴发同一个时刻内有五个网卡同时传送
Frame
。同一个网络上的多个网卡可能同时侦测到线路是悠闲状态,或者同时都在等待线路从繁忙到空闲状态。当遇到几个网卡同时传送
Frame 的时候,传送出来的 Frame 会在网络中发生冲击。

  1. CSMA/CD 碰撞处理
    CSMA/CD
    帮助争辨检测,每一个传递端都有能力驾驭传送进程中信号是还是不是暴发了磕碰。当网卡检测到
    Frame 和其余网卡的 Frame 发生冲击的时候,网卡会头阵送一段 32 bit
    的苦恼信号(jamming
    sequence)并且截止传输信号。发送苦恼信号是让碰撞信号纷扰的更为绝望,使任何网卡可以随意明白网络上有信号爆发了磕碰。
    在信号发生碰撞的时候,主机网卡发出的 Frame 最少有 96 bit , 96 bit =
    64 bit preamble + 32 bit jamming sequence 。当网卡唯有传送 96 bit 的
    Frame 就发出了冲击,那代表 2 台暴发信号碰撞的主机距离分外近。
    当 2
    台主机距离相比远的时候,信号传输要求比较长的时日,所以在检测出碰撞以前,主机已经传送了相比多的数据量。

  2. Collision Window (碰撞窗口)
    争论检测须要的最长日子会发出在 2 台主机分别位于网络的 2 端。为了确认
    Frame 在传输时候是否和任何 Frame 暴发碰撞,主机在传递 Frame
    的时候最少必要发送 512 bit。

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为何必要 512 bit 呢?

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1、 假诺主机 A 伊始传递 Frame 的年月点为 t
2、 a 表示信号从线路的起来一端传送到另一端所急需的时刻
3、主机 A 传送的 Frame 的第二个 bit 到达 主机 B 的光阴为 t+a
4、借使主机 A 的 Frame 到达主机 B 的前面的一个无比短的年月内,主机 B
先河传递 Frame
5、主机 B 的 Frame 会和主机 A 的 Frame 暴发冲击,那么些碰撞会马上被主机 B
侦测到,
6、主机 B 发送一端 32 bit 的干扰信号
7、主机 A 不会立马侦测到信号碰撞,直到收到主机 B 的 Frame,此时时光为 t

  • 2a
    8、主机 A 为了可以侦测到冲击,必须不断发送 Frame 直到时间点 t +2a,主机
    A必须不停传送 2a 的光阴,才能肯定所有可能暴发的冲击

一个以太网的网络最大尺寸为 2500 m,任意 2 台主机之间最多有 4
个中继器,在那个网络架构之下,信号往返 2 端之间的时日被协议设定为 51.2
us ,那么在 10Mbps 的以太网络中,10 Mbps x 51.2 us = 512 bit。

  1. Exponential Backoff Algorithm(指数退避算法)
    在 CSMA/CD 协议中,主机网卡检测到冲击了,也停下了 Frame
    的传递。那么接下去主机网卡该做哪些吧?接下去主机网卡等待一段时间后再一次发送
    Frame 。每一遍主机网卡重新发送 Frame
    失败后,就要加倍等待时间然后再另行发送
    Frame。将每趟重复发送之间的延迟时间加倍的策略称作指数退避(Exponential
    Backoff)。
    在行使指数退避算法中,
    1、网卡第一遍等待的时光不是为 0 就是 51.2 us,那 2 个值随机。
    2、要是传送失利,再次重复传送前,须求拭目以待
    0,51.2us,102.4us,153.6us,这 4 个值随机。计算公式为 k * 51.2us (k
    = 0,1,2,3)
    3、若是再爆发第三遍碰上后,须要拭目以待 k * 51.2us (k = 0 … 2^3 -1,k
    值随机选用)
    4、一般的话,指数退避算法会随机在 0 到 2^n -1 之间选取一个 k
    值,然后等待 k * 51.2 us,其中 n 是 Frame 的连接碰撞次数

  2. CSMA/CD 协议统计
    1、Frame 传送之前必要先举行载波侦听
    2、传送 Frame 时索要两次三番侦听
    3、假使还要有几个主机同时传送,那么会发出信号碰撞
    4、在暴发碰撞后选取指数退避算法发生随机延迟
    5、如若线路侦测到艰难,则推迟传送
    6、Collision Window 时间被设定为 51.2 us

  3. CSMA/CD 碰撞处理机制
    1、苦恼信号是由网卡爆发的
    2、Jam signal 是为了让拥有出席碰撞的主机能够侦听到碰撞
    3、碰撞后指数退避及重送机制(Truncated Binary Exponential Backoff
    Algorithm,BEBA)。随机延迟时间为 r * 51.2 us,其中 0<= r <=
    2^k, k = MIN(n,10), n 是三番五次发出碰撞的次数, n<= 16
    4、BEBA的欠缺,后送先到。相对于因冲击而等待时间比较长的主机,没有爆发冲击或者碰撞次数少的主机有相比高的机遇可以成功传送
    Frame

越来越大家高村水厂发扬传统,做好表率,革新立异,丹江水润万家的一年………

Ethernet 效率

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以太网在负载较轻的景观下运作功效较好,在负载较重的图景下,会有比较多的网络频宽资源因为冲击而浪费掉。

还记得时任《首创水务》报主编胡向萍先生,当时他给本人打来电话,很抱歉地

802.3 Ethernet 标准

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以太网标准尽管有例外的网速,如 2
Mbps,10Mbps,100Mbps,1Gbps,10Gbps,100Gbps等,分裂的硬件媒介,如光纤,同轴电缆等,可是有联袂的
MAC 协议 (CSMA/CD)和 Frame 数据格式。

说,”公司7月份接受多样的关于描写红灯笼的稿件,唯独这一篇有新意接地气,小说朴实却透着诚意大爱。

总结

1、MAC 协议功能于网卡,网卡使用的MAC协议是 CSMA/CD
2、Ethernet 传输前并非建立连线,是不行靠传输
3、网络拓扑从 Bus Topology 到有调换机的 Star Topology
4、 Bus Topology 是半双工传输
5、Ethernet
在负载轻的景色下成效较好,负载重的景色下是因为较多的撞击导致功能较差
6、调换机可以兑现全双工,点对点总是,不会生出猛击

小说重若是介绍 Ethernet
的概括知识,作为网络方面的几乎入门内容。那篇博客内容计算于黄能富助教的《CS01060
2017-夏日-計算機網路概論》
课程,博客截图来自课程
PPT。

只是这一次难得的极寒天气,公司上下齐心抗灾,报纸整版全篇都是抗雪抢修保供的篇章图片,其余稿件都不再刊发。

参考

  1. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD%91
  2. http://www.sharecourse.net/sharecourse/course/view/courseInfo/1246

没有利用并不意味着稿件质地问题,还请广大职工给予谅解和襄助。对于你们这个脍炙人口的文宣工小编,我代表水务报谢谢你们。将来要三番五次细水长流,创作越来越多更好的著述。”

一段亲切真诚的讲话,燃起我对创作的怜爱与执着。

多多谦逊负责认真的主编,不忽视任何一篇佳作,不忽视任何一个作者,方能办出有质感的报纸,而改为一个及格的文宣工小编。

我也曾担任过水务报《高村专栏》的文字编辑。不仅系统认真读书报纸的采编印流程,用心体味一份报纸的内蕴与精髓,更能驾驭

认知做为主编要统览全局,服务供水,为别人做嫁衣的日晒雨淋心满意足与科学。

先天自家重新编排了那篇作品和我们大饱眼福,在新的一年里,让我们燃起心中的点灯,莫负春光,莫负梦想,撸起袖子奋斗幸福生活吧!

一元复始,涣然一新。新春佳节来临之际,高村水厂在厂区大门口,商务楼,宣传栏,

松树等一目了解地点,悬挂红灯笼,彩灯,张贴”福”字等,烘托节日气氛,将公司”四化”工程落到实处。

与往年不可同日而语的是,今年厂办越发在调度楼门前悬挂两盏大红灯笼,让员工们感到越发喜庆,和谐。

不问可见,节前的一场极寒雨夹雪,让首创水务客服的兄弟姐妹们应接不暇抢修,奋战一线,让爱在飞雪里绽放。

而在厂区生产制水的员工们,也都认真,爱岗敬业。

任凭水质检测审验,水量水压水位调控,照旧基本切换,又可能开关机泵,反冲洗滤池,更换氯瓶,维修线路等,看似单纯重复的做事,却要致密,认真,耐心才能不负众望最好。

“好花还要绿叶衬”。在首创那个大家庭里,兄弟姐妹们一心一德,尽责尽责。

任由冲锋在前亦或留守后方,都只为圆唐山首创水务的”中国梦”。

在这万家灯火,合家团聚的七夕之夜,我的兄弟姐妹们,早出晚归,顶风冒雪,听从在生育一线种种地方,为供水事业进献友爱的光和热。

抬眼望去那迎风摇曳的大红灯笼,好似一团火焰,一盏明灯,温暖寒冷的冬夜,照亮前方的征途,迎接春的呼唤……