使用广播信道的以太网
1.使用集线器的星型拓扑
- 传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。
- 这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub) （现在已很少使用）
星形网 10BASE-T
- 不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。
- 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。
- 10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。
- 这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。
- 其他还有100Base-FX(快速以太网即光纤)、100Base-T、100Base-T4等
10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。
集线器的特点
具有三个接口的集线器：
- 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。
- 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。
- 集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。
2.以太网的信道利用率
以太网信道被占用的情况下：
- 争用期长度为 2τ，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。
- 帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 L/C = T0 (s)。
一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 τ 使得信道上无信号在传播)时为止，是发送一帧所需的平均时间。（时间 τ 为一端到达另一端所需时间）。
以太网的信道利用率：参数a
- 要提高以太网的信道利用率，就必须减小 τ 与 T0 之比（即T0相对于 τ 要大）。在以太网中定义了参数 a，它是以太网单程端到端时延 τ 与帧的发送时间 T0 之比：
- a→0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立即停止发送，因而信道利用率很高。
- a 越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。
对以太网参数的要求
要保证参数a小则：
- τ 不能大，即以太网的连线的长度不能太长，否则 τ 的数值会太大。
- T0不能小，即以太网的帧要有一定长，否则 T0 的值会太小。
信道利用率的最大值 Smax
- 在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是 CSMA/CD，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。
- 发送一帧占用线路的时间是 T0 + τ，而帧本身的发送时间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率 Smax为：
这是不可能出现的，使用CSMA/CD协议的以太网数据的传输一定会发生碰撞。
3.以太网的MAC层
3.1MAC 层的硬件地址
- 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。（硬件出厂时芯片就会烧录一个全球唯一的MAC地址）
- 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。
- 但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 位的“名字”称为“地址”，所以通常采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。
48位的MAC地址
- IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)。
- 地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。
- 一个地址块可以生成224个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48，它的通用名称是EUI-48。
- MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。
可以通过命令行窗口查看本计算机的MAC（物理）地址
适配器检查 MAC 地址
适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.
- 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。
- 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。
发往本站的帧”包括以下三种帧：
- 单播(unicast)帧（一对一）
- 广播(broadcast)帧（一对全体）
- 多播(multicast)帧（一对多）
案例
一台计算机在多个教室都能上网，唯独在某间教室不能上网，排除网线与计算机的故障。原因在于在不能上网那间教室出现了MAC地址冲突。本来网卡的MAC地址出厂时就定死了，但是我们可以告诉计算机，不使用该网卡的MAC地址而是重新指定一个MAC地址，这样就有可能出现MAC地址冲突造成网络故障。
更改MAC地址
打开设备管理器，找到相应的网卡，右键属性，找到网络地址，即可手动更改。
好处：可以蹭网呀~
MAC帧格式
常用的以太网MAC帧格式有以下两种标准：
- DIX Ethernet V2标准
- IEEE 的 802.3 标准
最常用的MAC帧是以太网V2的格式。
总的格式
- 可以看到MAC帧的开头插入了8个字节内容，其中只有帧开始界定符而没有结束符。这是因为MAC帧采用的是曼彻斯特编码，没数据时没有电平跳变表示结束。
各个部分
- 为何数据字段最小长度为64字节？因为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
抓包验证
- 图中可见目的MAC地址为六个字节；
- 图中框出来的是六个字节的源MAC地址；
- 图中框出来的是两字节的类型标识，图中 08 00表示的是 IP 地址。
无效的MAC帧
- 数据字段的长度与长度字段的值不一致；
- 帧的长度不是整数个字节；
- 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；
- 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间。
- 有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间。
- 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。
帧间最小间隔
- 帧间最小间隔为 9.6 μs，相当于 96 bit 的发送时间。
- 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 μs 才能再次发送数据。
- 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。