CCNA 1 第6章 乙太網路原理.

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1 CCNA 1 第6章 乙太網路原理

2 6.1 乙太網路基礎 6.1.1 乙太網路介紹 6.1.2 IEEE乙太網路命名標準 6.1.3 乙太網路與開放系統互連架構
6.1.4 命名 6.1.5 第二層訊框程序 6.1.6 乙太網路訊框架構 6.1.7 乙太網路訊框欄位

3 乙太網路介紹 乙太網路的原始概念，來自於希望讓兩個以上的使用者，使用相同的媒體，而不會彼此干擾訊號。
至於多個使用者存取共享媒體的問題，是由夏威夷大學於1970年代開始研究。 根據研究的結果，開發出Alohanet的系統，讓夏威夷島上不同的電台，可共同建立共用的收音機頻率。 這項工程後來成為乙太網路媒體存取控制層（Media Access Control，MAC）的基礎，即一般熟知的具碰撞偵測的載波感應多重存取（carrier sense multiple access collision detect，CSMA/CD）。

4 乙太網路介紹 （續） 乙太網路的原始版本，就是全世界第一個LAN。
此版本是由全錄（Xerox）的Robert Metcalfe與同事在30多年前所設計。 第一個乙太網路的標準，是由迪吉多（Digital Equipment Company）、英特爾（Intel）與全錄（Xerox）在1980年聯合發表。 Metcalfe希望乙太網路成為每個人都可受惠的分享標準。因此DIX將此新標準變為開放的標準，亦即任何公司皆可使用。

5 乙太網路介紹 （續） 電子電機工程師協會（Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE）在1985年分別針對區域與都會網路公佈了有關LAN之標準。 這些標準的編號以802開頭。 以乙太網路為基礎的標準為802.3。 IEEE將OSI的資料連結層（data link layer）劃分成兩層： 媒體存取控制層（Media Access Control，MAC） 邏輯連結控制層（Logical Link Control，LLC ）

6 乙太網路介紹 （續） IEEE在1995年發表了100Mbps乙太網路之標準。
在1998年與1999年的Gigabit（每秒傳輸10億位元）乙太網路發展的標準。 IEEE在2002年通過了10Gb乙太網路之標準。 這些標準中存有差異性，但相同的部分遠大於相異處。 也就是說，在每一個新標準中都保留了原始的特質，所以802.3系列乙太網路是完全相容的。

7 IEEE乙太網路命名標準 乙太網路（Ethernet）這個名詞包括： 當乙太網路需要擴增新媒體或功能時，通常以一個或兩個字母命名：
高速乙太網路（Fast Ethernet） 超高速乙太網路（Gigabit Ethernet，Gig-E） 10Gb的乙太網路（10-Gb Ethernet，或10-G） 當乙太網路需要擴增新媒體或功能時，通常以一個或兩個字母命名： 10BASE2 （IEEE 802.3a） 10BASE5 （IEEE 802.3） 100BASE-T （IEEE 802.3i） 1000BASE-TX （IEEE 802.3X）

8 IEEE乙太網路命名標準 （續） 以下為縮寫內容的說明： 數字代表每秒傳輸的百萬位元（megabit）的數量
BASE代表的是所使用的基頻傳輸訊號方式（baseband signaling） 數字（ 2 與 5）指的是同軸纜線的區段長度（185公尺則以 2代表 200公尺） 以一個或多個英文字母代表所使用的媒體型態（F = 光纖纜線、T = 銅製無遮蔽式雙絞線）

9 乙太網路與開放系統互連架構 IEEE乙太網路的資料連結層（data link layer）包含兩個子層：
媒體存取控制層（Media Access Control，MAC）（802.3）：定義了如何在實際的纜線上傳送訊框。 邏輯連結控制層（Logical Link Control，LLC）（802.2）：負責以邏輯性來辨認不同通訊協定型態，並封裝（encapsulate）這些通訊協定。

10 LAN 規範與OSI參考模型

11 第一層之限制 v.s. 第二層之解決方法

12 乙太網路技術與OSI參考模型

13 命名 為了在乙太網路上進行區域的訊框傳遞，必須有所謂的定址系統，也就是電腦與介面的命名（Naming）方式。
網路上的每台電腦都有一實際的位址（physical address）。 所謂的媒體存取控制層位址（Media Access Control address，MAC address）就是在網路介面卡上的實際位址。 MAC位址這個名詞，也稱為硬體位址、網路卡位址、第二層（Layer 2）位址及乙太網路位址。

14 命名 （續） MAC位址的長度為48位元，通常以12個十六進位位數表示。
前6個十六進位數字由IEEE所管理，用來辨別製造商或廠商，因而形成了機構單一識別子（OUI）。 剩下的另外6個十六進位數字則代表介面的序號，或由特定的廠商所指定之數值。

15 第二層訊框程序 訊框程序（framing）包括： 有哪些電腦彼此在進行溝通 個別電腦間開始與結束通訊的時間 辨別於通訊時所發生的錯誤
該輪到哪一台電腦進行溝通 資料存放在訊框中的何處

16 從位元到訊框

17 一般訊框格式 一般訊框分成幾個區塊稱為欄位（field） 訊框起始欄位（Frame Start field）
位址欄位（Address field） 長度／型態／控制欄位（Length/Type/Control field） 資料欄位（Data field） 訊框檢查值欄位（Frame Check Sequence field，FCS）

18 乙太網路訊框架構 IEEE 乙太網路訊框

19 IEEE 乙太網路訊框欄位

20 乙太網路訊框欄位 前置訊號（Preamble）：長度為7個位元組
訊框起始符號（Start Frame Delimiter，SFD）：以二進位表示為 。 目的地位址：6個位元組的MAC 目的地位址。 來源位址：6個位組元的MAC 來源位址。 長度／型態：若小於1536，則此數值代表的是長度。 型態：詳細說明了上層接收資料的通訊協定。 長度：詳細說明了資料的位元組數量。

21 乙太網路訊框欄位 （續） 資料與補位：此欄位長度不限。
長度為46到1500個位元組 。 訊框檢查值欄位（Frame Check Sequence field，FCS）：此序號包含了4個位元組的循環冗餘查核（CRC）數值。

22 6.2 乙太網路的操作 6.2.1 媒體存取控制 6.2.2 MAC規則與碰撞偵測／撤回重傳
6.2　乙太網路的操作 6.2.1 媒體存取控制 6.2.2 MAC規則與碰撞偵測／撤回重傳 6.2.3 乙太網路時序（Ethernet Timing 6.2.4 訊框間距與撤回重傳 6.2.5 錯誤處理 6.2.6 碰撞之型態 6.2.7 乙太網路的錯誤情況 6.2.8 FCS與其它情況 6.2.9 乙太網路自動協調 連線建立及全雙工、半雙工傳輸

23 媒體存取控制 MAC具有兩種廣泛的類別： 明確性的（輪流）（deterministic）
記號環 光纖分散式數據介面 非名確性的（先到先服務） （nondeterministic） Ethernet/802.3

24 MAC規則與碰撞偵測／撤回重傳 執行下列三項功能： 傳送與接收資料封包 將資料封包向上傳送到OSI上層前，進行解碼並檢查傳送位址是否合法。
在資料封包或網路上偵測錯誤。

25 CSMA/CD 過程

26 乙太網路時序 在乙太網路上，若任何的工作站希望傳送訊息，必須先聆聽以確保目前並沒有其它工作站正在傳輸。
若網路纜線呈靜止狀態，則該工作站立即開始傳送資料。 但是由於電子訊號傳送到纜線時仍需一小段時間（稱為傳遞延遲，propagation delay），且接下來，訊框所遇到的每一個中繼器，從連接埠傳遞到下一的中繼器時也會產生潛在的一些時間。 因此，很可能在一工作站開始傳遞或甚至同時間，也有另一台工作站開始傳遞。在這樣的狀況下，便產生了碰撞。

27 乙太網路時序 （續） 在半雙工傳輸技術中，假設在不發生碰撞的情況下，傳送端的工作站會先傳輸一個64位元的時序同步化資訊，也就是所謂的前置訊號（preamble）。然後傳遞下列的內容： 目的地與來源的MAC位址資訊 其它表頭資訊 實際的資料量 訊框檢查字元欄位，用於確保訊息在傳輸中不受到破壞 接收端的工作站在收到訊框時，重新計算訊框檢查值(FCS)來判斷所收到的訊息是否正確，並將完整的訊息向上傳遞給高層的通訊協定。

28 乙太網路時序 （續）

29 訊框間距與撤回重傳 在兩個未碰撞的封包間最小的距離，又稱為訊框間距（interframe spacing） 。

30 訊框時間特徵

31 錯誤處理 乙太網路中最常見的錯誤（但無害）情況為碰撞。 碰撞是網路存取競爭之解決機制。 因碰撞而浪費時間的方式：
網路頻寬的損失與最初傳輸與碰撞壅塞的訊號相同。這便稱為耗費延遲（consumption delay），且影響所有的網路節點。 由碰撞撤回重傳演算法所造成的延遲。撤回重傳的延遲，通常影響不大。

32 錯誤處理 （續）

33 碰撞之型態 單一碰撞（single collision）所指的是，當試圖傳送訊框時，所偵測到的碰撞事件，但是，在下一回試圖傳送時，此訊框成功的完成傳輸。 多重碰撞（Multiple collision）則代表相同的訊框，在成功傳輸前重複出現碰撞次數。 碰撞的結果 — 部分與損壞訊框之長度小於64個位元組，且FCS部分不合法 — 通常稱為碰撞片段（collision fragment）。 某些通訊協定分析工具與網路監控稱這些為片段（fragments runt) 。

34 碰撞之型態 （續） 主要錯誤型態包括 區域碰撞（local collision） 遠端碰撞（remote collision）
晚碰撞（late collision）

35 乙太網路的錯誤情況 乙太網路中所認定的錯誤情況包括： 在訊框時間結束前所發生的同時傳輸。 在訊框時間結束後所發生的同時傳輸。
超過或不合法訊框長度之傳輸（無意義訊框Jabber、長訊框及範圍錯誤（range error） 。 不合法的短傳輸（短訊框、碰撞片段或 runt） 。 毀損之傳輸（FCS 錯誤） 。 所傳輸的位元數不足或太多（校準錯誤，alignment error） 。 訊框中實際的位元組資料與通報的位元組資料數不相符（範圍錯誤，range error） 。 不尋常長度之前置訊號或無意義訊框情況（ghost或jabber） 。

36 FCS與其它情況 收到的具損壞訊框檢查序號的訊框，會與實際傳輸的訊框有1個以上位元之差異。

37 乙太網路自動協調 目前已有一種稱為自動協調（autonegotiation）的程序（即協調半雙工或全雙工及速度）。
亦即在高速乙太網路（Fast Ethernet）問世時，其標準即包括了自動設定某一特定介面，以符合連線者的速度與功能的方法。 這項程序定義了如何將兩個連線者自動協調出一個最佳效能之設定。

38 連線建立及全雙工、半雙工傳輸 以下為完成半雙工連線的方法： 在低於10Gigabit乙太網路速度中，有兩種完成全雙工連線的方式：
透過自動協調的完整程序。 藉由管理者設定雙方連線夥伴使用全雙工。 在低於10Gigabit乙太網路速度中，有兩種完成全雙工連線的方式： 使用自動協調。 由管理者設定介面模式。

39 連線建立及全雙工、半雙工傳輸 （續） 優先權解決方式 100BASE-T 全雙工 100BASE-T半雙工 100BASE-TX全雙工