第八章 Fast Ethernet 網路 8-1 Ethernet 網路簡介 8-2 CSAM/CD 通訊協定

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1 第八章 Fast Ethernet 網路 8-1 Ethernet 網路簡介 8-2 CSAM/CD 通訊協定
8-3 CSMA/CD 訊框格式 8-4 CSMA/CD 通訊結構 8-5 CSMA/CD 最大纜線系統 8-6 CSMA/CD 實體層 8-7 Fast Ethernet 網路簡介 8-8 Fast Ethernet 基本原理 8-9 Fast Ethernet 通訊結構 BaseT4 BaseTx/Fx BaseT 自動協商 8-13 Ethernet Switch 8-14 全雙工 Ethernet 網路

2 8-1 Ethernet 網路簡介 (一) 網路架構

3 8-1 Ethernet 網路簡介 (二) Ethernet 網路特性 傳輸速率： 10 Mbps 通訊協定：CSMA/CD 協定
訊框格式：CSMA/CD 訊框，最長 1518 Bytes、最短 64 Bytes 傳輸媒介：50 歐姆同軸電纜、Cat-3 (Cat-5) 雙絞線、光纖 匯流排網路架構 不提供保證傳送延遲服務 頻寬使用不保證公平 高負載時頻寬使用率低 較不適合多媒體資訊傳輸

4 8-2 CSMA/CD 通訊協定 (一) CSMA/CD  協定簡介 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 廣播方式 工作站不是在傳送訊框，便是在接收狀態之下

5 8-2 CSMA/CD 通訊協定 (二) 協定運作

6 8-2 CSMA/CD 通訊協定 (三) 二元指數後退演算法 (Binary Exponential Backoff Algorithm)
n：連續碰撞次數 (n <= 16) k：K=MIN(n, 10) r：隨機延遲單位，介於 0 和 (2^k -1) 之間 t ：延遲單位時間 (51.2 usec) 隨時延遲時間 = r * t 如果第二次發生碰撞： n = 2 k = MIN(2,10) = 2 r = {0, 1, 2, 3) 延遲時間 = {0, 51.2 us, us, us} 其中任取一值 

7 8-3 CSMA/CD 訊框格式 (一) CSMA/CD 訊框格式 Preamble：010101 ~ 01010
Start Frame Delimiter, SFD： Destination Address (DA) Source Address (SA) Length (LEN) LLC-PDU Padding (PAD) Frame Check Sequence (FCS) 最長 1518 Bytes，最短訊框 64 Bytes

8 8-3 CSMA/CD 訊框格式 (二) CSMA/CD 位址格式 16 位元格式 48 位元格式
Individual Address (I/G = 0) Group Address (I/G= 1) Globally Administered Address (U/L = 0) Local Administered Address (U/L = 1)

9 8-3 CSMA/CD 訊框格式 (三) Frame Check Sequence (FCS)
G(x) = X^32 + X^26 + X^23 + X^16 + X^12 + X^11 + X^10 +X^8 + X^7 + X^5 + X^4 + X^2 + X + 1

10 8-3 CSMA/CD 訊框格式 (四) 最小訊框 『來回傳遞延遲時間』(Round-Trip Propagation Time) = 51.2 usec 最小訊框：10 * 10^6 * * 10^-6 = 64 Bytes 最小 LLC-PDU ：64 -6(DA) - 6(SA) - 2(LEN) - 4(FCS) = 46 Bytes

11 8-4 CSMA/CD 通訊結構 CSMA/CD 基本通訊結構 MAC 服務 規格 MAC 通訊協定
實體層訊號處理 (Physical Layer Signaling, PLS) 接觸單元介面 (Attachment Unit Interface, AUI) 媒介接觸單元 (Medium Attachment Unit, MAU)

12 8-5 CSMA/CD 最大纜線系統 最大範圍 2500 公尺 同軸電纜 收發器電纜 半訊號增益器電纜 訊號增益器 半訊號增益器
來回傳遞時間預估為 51.2 usec 同軸電纜 500 公尺 收發器電纜 50 公尺 半訊號增益器電纜 1000 公尺 訊號增益器 半訊號增益器

13 8-6 CSMA/CD 實體層 (一) CSMA/CD 實體層 參數 10Base5 10Base2 10BaseT 10Broad36
傳輸媒體 同軸電纜 (50 歐姆) 無遮蔽式 雙絞線 (75 歐姆) 訊號處理技術 基頻 (Manchester) 寬頻 (DPSK) 資料傳輸速度 10 Mbps 每段最大長度 500 公尺 185 公尺 100 公尺 1800 公尺 網路最大長度 2500 公尺 925 公尺 3600 公尺 每段最多可連接工作站 100 30 *** 工作站距離 100 公尺* n 0.5 公尺*n 電纜線直徑 10 mm 5 mm 0.4 ~ 0.6 mm

14 8-6 CSMA/CD 實體層 (二) 10Base5 網路系統 粗線 Ethernet (Thick Ethernet)
RG 11 同軸電纜 每一區段 500 公尺

15 8-6 CSMA/CD 實體層 (三) 10Base2 網路系統 細線 Ethernet (Thin Ethernet)
RG-11 同軸電纜 BNC 連接器 每一區段 185 公尺

16 8-6 CSMA/CD 實體層 (四) 10BaseT 網路系統 10BaseT HUB 佈線系統 網路最大 500 公尺

17 8-7 Fast Ethernet 簡介 『高速 Ethernet』，相容於 Ethernet 網路
IEEE 802.3z 標準 (100BaseT) 網路特性： 傳輸速率：100 Mbps IEEE CSMA/CD 訊框 傳輸媒介：Cat-5 雙絞線、150 歐姆 STP、光纖 100BasT Hub 為主要佈線骨幹 網路最大範圍 205 公尺 不提供優先等級服務 不提供保證傳送延遲服務 頻寬使用不保證公平 高負載時碰撞機率高 可適合多媒體資訊傳輸 網路容錯性高

18 8-8 Fast Ethernet 基本原理 (一)
CSMA/CD 之瓶頸 碰撞偵測 Round-Trip Propagation Delay = 51.2 us 最小訊框 = (時槽) * (傳輸速率)    = 51.2 *10^-6  * 10*10^6 = 64 Bytes 為了合乎 CSMA/CD 通訊協定，則最小訊框 (64 Bytes) 不可以改變 如欲提高速率：由 10 Mbps 提高到 100 Mbps，則必須減少時槽時間 (51.2 us) 減少時槽時間，也就是減低傳輸距離。

19 8-8 Fast Ethernet 基本原理 (二)
以 100BaseT Hub 為佈線骨幹 每段距離為 100 公尺，兩工作站之 200 公尺 網路最長為 205 公尺 設計規範： 更改傳輸媒介為 Cat-5 級傳輸技術。(100BaseTx) 更改傳輸媒介為光纖。(100BaseFx) 增加傳輸媒介的傳輸線。(100BaseT4)

20 8-9 Fast Ethernet 通訊結構 (一)
規格 (802.3u) 相容於 802.3i (10BaseT) 與 802.3z (1000BaseT) 聚合次層 (Convergence Layer, CS) 實體媒介無關次層 (Physical Medial Dependent, PMD) 100BaseT 通訊協定架構圖

21 8-9 Fast Ethernet 通訊結構 (二)
100BaseT 通訊協定介面訊號

22 8-10 100BaseT4 (一) 100BaseT4 傳輸技巧 利用四對線以半雙工方式傳輸 四對線使用情形： 工作站傳送訊框到 Hub
第一、二對線：單工傳輸 第三、四對線：半雙工傳輸 工作站傳送訊框到 Hub 第一、三、四傳送訊框 第二對作碰撞偵測 Hub 傳送訊框到工作站 第二、三、四對線傳送訊框 第一對線作碰撞偵測

23 BaseT4 (二) 8B6T 編碼技巧 以每 8 個位元以 6 個符號碼表示

24 8-11 100BaseTx/Fx 100BaseTx 100BaseFx
採用 FDDI (ASNI X3T9.5) 之『雙絞線實體層傳輸媒介』(Teisted-Pair Physical Medial Dependent, TP-PMD) 技術。 使用 Cat-5 雙絞線 資料更過 4B/5B 編碼、NRZI 與 MLT-3 編碼而成。 100BaseFx 使用 FDDI (ASNI X3T9.5) 光纖傳輸技術

25 8-12 自動協商功能 自動協商 (Auto-negotiation) 之功能 實體層型態 纜 線 規 格 傳輸模式 優先權
纜 線 規 格 傳輸模式 優先權 100BaseT2 兩對雙絞線 (Cat-5 UTP) 全雙工 1 半雙工 2 100BaseTx 3 100BaseT4 四對雙絞線 (Cat-3 UTP) 4 5 10BaseT 兩對雙絞線 (Cat-3 UTP) 6 7

26 8-13 Ethernet Switch (一) Ethernet 交換器基本原理 虛擬路徑 緩衝器
背版速率 = n/2 * 每埠口之傳輸速率 = 16/2 * 100 Mbps = 800 Mbps

27 8-13 Ethernet Switch (二) Ethernet Switch 轉送機制
儲存後再轉送 (Store-and-Forward) 穿透式轉送 (Cut-through) 改良型穿透式轉送 (Modified Cut-through)

28 8-14 全雙工 Ethernet 網路 全雙工 Ethernet 網路 Ethernet Switch 不具有 CSMA/CD 協定限制
沒有碰撞偵測需要 將碰撞偵測一線路作為傳輸訊框使用