Link Layer & 一點點的 Physical Layer
Prof. Michael Tsai 2015/03/16
Multiple Access Protocols (Link Layer)
Point-to-point link – link 的兩端各有一個傳輸 & 接收器
Broadcast link – 多個裝置共用一個”連結” / 媒體 (Medium)
共用 = 你講話大家都聽得到
Collision = 多個人一起講話 , 每個人都聽到同時兩個人以上講話 沒人聽得懂 剛剛的時間 ( 頻寬 ) 就浪費了
大家必須有某種 decentralized, 簡單 , 公平的協議來避免 coll ision!
Channel partition protocols & taking turns protocols
Random access protocols:
傳的時候全速傳
壞掉再重傳 (retransmission)
Ethernet’s Carrier Sensing / Collision Detection
上層 (network layer) 有東西要傳的時候，會將準備好 的封包放進 buffer 內。
1.
Carrier Sensing: 說前先聽， 如果有人在說話 ( 如果 你聽到了 ) ，先等他說完再說。
如果 96-bit duration 沒有偵測到傳輸，則開始傳輸。
2.
Collision Detection: 如果有人同時開始講話 ( 如果你 聽到了 ) ，立刻停下來。
停下來以後，傳輸 48-bit duration 的 jam signal 。
3.
Exponential Backof: 每次傳輸失敗後，這個裝置會 進入 exponential backoff 模式。
當傳輸這個封包碰到連續第 n 次 collision 後，則須等待 , 的時間，然後回到步驟 1 。
2 CSMA Nodes with Colliding Transmissions
Space Time
�0
�1
A B
��
��
��
�� Transmission Time
Propagation Delay �( �, �)
�
2 CSMA/CD Nodes with Colliding Transmissio ns
Space Time
�0
�1
A B
偵測到 collision, 停止傳輸
CSMA/CD 的效率
= 最大 propagation delay
= 最大 packet transmission time
Ethernet: 從 broadcast link 到 point-to- point link
HUB: Re-send received packets to all ports A multi-port repeater!
Ethernet: 從 broadcast link 到 point-to- point link
Switch:
1. The internal address table will learn the MAC addresses on that port.
2. Packets to a specific address will be sent to only the port with that address.
3. Packets with new addresses will be sent to all ports.
4. Point-to-point links! No longer need a MAC!
常用使用網路線的 Ethernet 科技
10 Base2: 使用類似家裡第四台用的同軸電纜傳輸。速 度可達 10 MBps 。資訊館最早的網路使用此科技。
10 BaseT: 使用 Cat. 3 or Cat. 5 網路線中的四芯 ( 兩對 ) 。 所有裝置都直接接到 HUB 或 Switch( 星狀拓樸 ) 。
100 BaseTX: 使用 Cat. 5 網路線中的四芯 ( 兩對 ) 。
1000 BaseT: 使用 Cat. 5 等級或更好的網路線中的八芯 ( 四對 ) 。
10G BaseT: 使用 Cat. 6a 等級或更好的網路線。
10 BaseT 的訊號
•
可以經常切換 high & low voltages (-2.5 及 2.5 Volt)
•
Clock recovery: 需要知道每個 bit 開始及結束的時間。但是每個裝置 內部的時間不同 ! 因此需要從對方傳輸的訊號變換來估計每個 bit 的 時間有多長 !
•
接收端用 0 volt 來當作 threshold 判斷到底是 high or low 。
•
Noise: 電路中的雜訊會加在收到的訊號上。當訊號相對於雜訊太弱
的時候，就有可能會誤判 high or low 。
100 BaseTX 的訊號
4B5B + MLT-3 編碼
4B5B: 把 0 和 1 做更平均的分配
MLT-3: +1, 0, -1 Volt
Bit 1: 移動到下一個 state
Bit 0: 同樣一個 state
Name 4b 5b
0 0000 11110
1 0001 01001
2 0010 10100
3 0011 10101
4 0100 01010
5 0101 01011
6 0110 01110
7 0111 01111
8 1000 10010
9 1001 10011
A 1010 10110
B 1011 10111
C 1100 11010
D 1101 11011
E 1110 11100
F 1111 11101
Ethernet Frame Structure
Preamble: 10101010, 用來做 clock recovery 用途。
MAC source/destination: 紀錄來源及目的裝置網路卡號
MTU (Maximum Transmission Unit): 如果上層封包 > 1500 By tes, 則會被切小分段傳輸。
FCS (CRC): 可以檢查這個封包是否有錯誤。
Preamble Start of frame delimiter
MAC destinati
on
sourceMAC
Length (IEEE 802
.3)
802.1Q ta g
(optional) Payload
Frame check sequence
(32 bit C‑ RC) 7 octets 1 octet 6 octets 6 octets 2 octets (4 octets) 42–1500
octets 4 octets
Octets = Bytes
