精华内容
下载资源
问答
  • 以太网知识

    2019-09-06 17:16:04
    原地址:https://blog.csdn.net/sun172270102/article/details/61925871 2.1 CSMA/CD 现阶段成熟的局域网技术有三种:以太网(Ethernet)、令牌...
    原地址:https://blog.csdn.net/sun172270102/article/details/61925871

    2.1 CSMA/CD
    现阶段成熟的局域网技术有三种:以太网(Ethernet)、令牌环(Token Ring)和光纤分布式数据接口(FDDI),其中以太网技术逐步成为局域网技术的主流。
    这里写图片描述
    图1 多路访问控制协议分类
    这里写图片描述
    图2 CSMA/CD发送数据帧流程图

    2.2 以太网帧结构
    这里写图片描述
    Preamble/SFD(Start-of-Frame Delimiter):每个以太网帧发送时都是以8个字节的前导码开始,Preamble是1和0交替(1 0 1 0 1 0…….)的7个字节数据,该部分的作用是通知接收方有数据帧到来,使其与输入的时钟保持同步,56bit 模式容许站点在帧的开始可以丢弃一些bit。SFD是一个字节10101011,最后使用11,来通知接收方下一字段就是目的主机的地址了。实际上前导码都是在物理层加进去的,并不是帧的一部分。
    DA(Destination Address):6个字节,目的节点的MAC地址。
    SA(Source Address):6个字节,源节点的MAC地址。
    Type/Length:2字节,根据数值的不同代表2种不同的封装格式,如果字段值在0x0000-0x05DC范围内,则表示该字段为Length,该帧为802.3 raw封装。如果字段值在0x0600-0xFFFF范围内,则表示该字段为Type字段,该帧为Ethernet II封装,0x05DD-0x05FF保留没有使用。
    PayLoad:上层协议有效载荷,最小为46字节,最大为1500字节,对于Type封装格式,上层协议必须保证该字段的值大于46字节,对于Length封装,对于有效载荷不够46字节的报文链路层必须进行填充。
    FCR:4字节的校验和。
    另外以太网还有如下所示的封装格式:
    802.3/802.2 LLC封装
    这里写图片描述
    802.3/802.2 LLC封装中,DSAP、SSAP用来标志上层协议,比如NetBios为0xF0,IPX为0xE0。
    802.3/802.2 SNAP 中Org Code代表机构编码,是全球唯一的表示组织机构的代码OUI,PID(Protocol Identifier)是协议标志,每个组织机构可以有独立的协议标识。如苹果公司的OUI为08-00-07,其AppleTalk协议的PID为0x809B,这种封装中Org Code+PID唯一标识一个上层协议。
    802.3/802.2 SNAP RFC1042封装,Org code使用一个特殊的数值00-00-00,当这个字段为00-00-00时,Type字段与Ethernet II封装中的Type具有相同的含义。
    IP协议支持两种封装,分别是Ethernet II封装和SNAP RFC1042封装,Type均为0x0800,IPX协议支持四种封装Ethernet II、SNAP RFC1042、raw 802.3、802.3/802.2 LLC,在Ethernet II和SNAP RFC1042封装中,Type字段为0x8137,raw 802.3封装在Length后紧跟0xFFFF标志。802.3/802.2 LLC封装中,DSAP和SSAP=0xE0。Apple Talk支持Ethernet II和SNAP RFC1042封装,Type均为0x809B。
    目前使用最广泛的是Ethernet II封装。802.3/802.2 SNAP封装使用很少,因此一般所说的SNAP封装都指SNAP RFC1042封装。

    2.3 以太网速率计算
    以太网传送数据时,每两个帧之间存在帧间隙IFG(Inter Frame Gap),帧间隙的作用是使介质中的信号处于稳定状态,同时让帧接收者对接收的帧作必要的处理(如调整缓存取的指针、更新计数、发中断让主机对报文进行处理)。对于Ethernet(10M)帧间隙时间为9.6usec,100M快速以太网帧间隙为0.96usec,1000M帧间隙为0.096usec,10GE帧间隙为0.0096usec,这个时间正好相当于传送96bit数据的时间。
    以太网速率与pps进行换算,假设数据帧的长度为 k bytes(包括CRC),端口速率为R,转化后的PPS为N,那么:
    N=R/(k×8+8×8+96)
    其中k×8表示实际数据帧的长度(bits),8×8表示前导码(Preamble+SFD)的长度,96bit相当于帧间隙占用的bits。
    下面举例说明,假设端口速率为100M,发送数据帧的长度为64字节,那么线速发送报文换算成pps后,
    N=100 000 000/(64×8+8×8+96)≈148810 pps

    2.4 冲突域和广播域
    使用同轴电缆和HUB连接的主机就属于一个冲突域。
    一个站点发送一个广播报文其余节点能够接收到的节点的集合,就是一个广播域。
    传统的网桥(Bridge)可以根据MAC表对单播报文进行转发,对于广播报文向所有的端口都转发,所以网桥的所有端口连接的节点属于一个广播域,但是每个端口属于一个单独冲突域。
    传统的二层交换机所有端口都属于一个广播域,用户需要重新连线来选择所在的LAN。因此,在传统二层交换机上引入了VLAN(Virtual LAN)。每个VLAN中的所有节点在同一个广播域,每个VLAN是逻辑LAN,VLAN之间是二层隔离的。

    2.5 半双工、全双工、自协商
    同一时刻只能接收或发送数据的工作模式为半双工模式。在半双工模式下,使用CSMA/CD的机制来避免冲突。
    全双工模式下,同一时刻可以同时接收和发送数据帧。
    自协商功能允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端,并接收对方可能传递过来的相应信息。对于两端处于自协商工作方式的设备,最终协商的结果是采用二者技术能力域中优先级低的网口提供的工作方式工作。协商级别一般为1000Mfull,1000Mhalf,100Mfull,100Mhalf,10Mfull,10Mhalf。

    10BASE-T的以太网接口(它只支持10M,不支持自协商)在链路UP之前会发送Link Test Pulse(LTP),该脉冲用以检测链路是否应该UP;而100BASE-T以太网接口(它只支持100M,不支持自协商)在链路UP之前会发送FAST ETHERNET IDLE流,用以检测链路是否应该UP。

    自协商机制
    支持自协商(Autonegotiation)的以太网接口则在链路UP之前发送FLP(Fast Link Pulse),FLP实际上是一组LTP和数据脉冲的组合,它们表明一种含义:例如我支持100M全双工。较旧的设备例如10BASE-T仍然将这些FLP识别为LTP,而自协商设备则能够识别FLP的含义并通过交互这种握手信息来使链路成为最优配置。如果自协商设备看到有一般的LTP(不是有特定含义的FLP)输入,它就将本端设置为10M半双工。如果自协商设备看到有FAST ETHERNET IDLE输入,它就将本端设置为100M半双工。以上所述的自协商机制只对10/100兆铜缆接口或千兆光/电口有效,100BASE-FX不支持自协商。

    BASE前的数字表示网络的数据传输率,比如说:10BASE指数据传输率为10Mbps,1000BASE为1000Mbps
    BASE指基带传输,即未经过调制,不能复用的传输,与其对应的BROAD指宽带传输(多用于有线电视网)
    BASE后的字母或数字指的是传输介质,反应介质特点,比如说10BASE-T中的T指双绞线,

    10BASE-5指传输距离500米(即粗缆)
    BASE基带 CX铜缆 FX 光缆
    TX表示电接口(双绞线)
    FX表示光接口(光纤)
    SX表述短距离的光接口
    LX表示长距离光接口(1310nm)
    ZX表示长距离光接口(1500nm)

    2.6 流控
    流控指当接收者没有能力处理接收到的报文时,为了防止丢包,接收者需要通知报文的发送者一段时间内停止发送报文。
    对于半双工模式和全双工模式,流控通过不同的方式来实现。在全双工模式下,接收者通过发送一种特殊的数据帧来通知发送者,停止发送报文,这种特殊的数据帧称为PAUSE帧,下面是PAUSE帧的结构:
    这里写图片描述
    图3 PAUSE帧格式
    PAUSE帧的长度固定为64字节(包括CRC),PAUSE帧的目的MAC为组播MAC :0180-c200-0001,源MAC为发送PAUSE帧的节点的MAC,LENTH/TYPE字段固定为0x8808。MAC CONTROL PARAMETERS字段表示要求发送者暂停发送流量的时间,数值有效范围为0-65535, 单位为512bit time(bit time指链路上传输1bit需要的时间,如100M链路bit time为10ns)。如果数据报文的接收者在发送PAUSE帧后,在PAUSE帧发送的等待时间超时之前可以处理数据报文,则再发送一个等待时间为0的PAUSE帧通知数据发送者开始发送数据。
    PAUSE的接收者(也是数据报文的发送者),收到PAUSE帧后会根据PAUSE帧中的等待时间停止发送报文,等待时间超时后继续发送报文。
    半双工模式下,以太网利用CSMA/CD机制处理冲突和链路使用问题。根据CSMA/CD机制,半双工的模式下,采取的流控方式为Backpressure,即背压。该种方法有两种实现,一个是数据接收者有意制造一次冲突,数据发送者检测到冲突采取Backoff,这样就延缓了数据的发送;另外一个方法是制造载波信号,使数据发送者感觉到接收者要发送数据,从而通过检测到载波而进行延时传输。

    展开全文
  • 工业以太网技术特性关键技术研究 顾 阳 口尚群立 口余善恩 口高强 网络技术的迅速发展引发了自动控制领域的深刻技术变革,以现场总线和工业以太网技术为代表的控制网络技术是现代自动控制技术与信息网络...


    工业以太网的技术特性及关键技术研究

    顾 阳 口尚群立 口余善恩 口高强

    网络技术的迅速发展引发了自动控制领域的深刻技术变革,以现场总线和工业以太网技术为代表的控制网络技术是现代自动控制技术与信息网络技术相结合的产物,是下一代自动化设备的标志性技术,是改造传统工业的有力工具,也是信息化带动工业化的重点方向。目前网络控制技术正从传统的控制网络技术经由现场总线向现代控制网络的工业以太网技术方向发展 。


    1 工业以太网的技术特性
    1.1 工业以太网与商用以太网的主要区别工业以太网作为一种特殊的网络,直接面向生产过程和控制,肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务,并产生或引发物质或能量的运动和转换。因此,它通常应满足强实时性与确定性、高可靠性与安全性、工业现场恶劣环境的适应性、总线供电与本质安全等特殊要求。区别于商用以太网,工业以太网具有以下特性:

    ① 工业以太网传输的信息多为短帧信息,长度较短,且信息交换频繁;

    ② 工业以太网中周期与非周期信息同时存在,正常工作状态下,周期信息较多,而非周期信息较少;

    ③ 它的信息流向具有明显的方向性;

    ④ 其测量控制信息的传送有一定的顺序性;

    ⑤它的响应时间要求较严格,为毫秒甚至微秒级水平;

    ⑥应具有良好的环境适应性,即在高温、潮湿、振动、腐蚀、电磁干扰等工业环境中具有长时间、连续、可靠、完整地传送数据的能力,并能抗工业网的浪涌、跌落和尖
    峰干扰;

    ⑦ 在可燃与易爆场合,工业以太网还应具备防爆性能。


    1.2 工业以太网的主要技术特性


    1)系统响应的实时性。

    工业以太网是与工业现场测量控制设备相连接的一类特殊通信网络,控制网络中数据传输的及时性与系统响应的实时性是控制系统最基本的要求。在工业自动化控制中需要及时地传输现场过程信息和操作指令,要能够支持和完成实时信息的通信。这不仅要求工业以太网传输速度要快,而且响应也要快,即响应实时性要好。


    2)网络传输的确定性。

    即要保证以太网设备间的传输不能发生冲突或数据的碰撞,让不同设备对网络资源的使用合理有序化。以前,以太网被认为不能用于工业控制领域,这主要是因为以太网的CDMA/CD媒体访问方式不能保证网络(传输时间)的确定性,而现在随着以太网速率不断提高,加上确定性调度算法的研究突破,使网络负荷进一步减轻、碰撞减少,系统的
    确定性已得到了很大的提高。


    3)总线供电技术。

    电气电子工程师协会于2003~6月批准了以太网供电PoE标准- IEEE802.3af。PoE技术是指对现有的以太网CAT一5布线基础架构不用作任何改动的情况下,借助于一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力,从而保证该线缆在为以太网终端设备传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流供电。

    4)要求极高的可靠性。

    工业控制网络必须连续运行,它的任何中断和故障都可能造成停产,甚至引起设备和人身事故,因此必须具有极高的可靠性,具体表现在以下三个方面:

    ① 可使用性要好,网络自身不发生故障。

    ② 容错能力强,网络系统局部单元出现故障,不影响整个系统的正常工作。

    ③ 可维护性高,故障发生后能及时发现和及时处理,通过维修使网络及时恢复。


    2 EPA关键技术研究
    工业以太网EPA(Ethernet for PIant Automation)标准是我国第一个拥有自主知识产权的现场总线标准,并于2007年10月正式进入现场总线国际标准IEC61158(第四版),成为被IEC承认的国际现场总线标准。


    2.1 EPA 通信协议模型
    参考ISO/OSI开放系统互连模型(ISO 7498),EPA标准采用了其中的第一、二、三、四和七层,并在第七层之上增加第八层(即用户层),共构~26层结构的通信模型。EPA通信协议模型” 参考如图1所示。


    1)应用进程AP是在网络上为具体应用执行信息处理的元素,它是驻留在EPA设备中的分布式应用的组成部分。在EPA系统中,将所有的应用进程分为两类,即EPA功能块应用进程和非实时应用进程,他们可以在一个EPA系统中并行运行。


    2)EPA应用访问实体描述通信对象、服务以及与上下层接口模型。它为组成一个功能块应用进程的所有功能块实例问的通信提供通信服务,这些服务包括域上载/下载服务、变量访问服务、事件管理服务等。


    3)EPA系统管理实体用于管理EPA设备的通信活动,将EPA网络上的多个设备集成为一个协同工作的通信系统。它支持设备声明、设备识别、设备定位、地址分配、时间同步、EPA链接对象管理、即插即用等功能。


    4)EPA套接字映射实体提供EPA应用访问实体以及EPA系统管理实体与UDP/IP软件实体之间的映射接口,同时具有报文优先发送管理、报文封装、响应信息返回、链路状况监视等功能。


    5)EPA通信调度管理实体用于对EPA设备向网络上发送报文的调度管理。它采用分时发送机制,按预先组态的调度方案,对EPA设备向网络上发送的周期报文与非周期报文发送时间进行控制,以避免碰撞。


    6)EPA管理信息库SMIB存放了系统管理实体、EPA通信调度管理实体和应用访问实体操作所需的信息,在SMIB 中,这些信息被组织为对象。如设备描述对象描述了设备位号、通信宏周期等信息,链接对象则描述了EPA应用访问实体服务所需要的访问路径信息等。可以简单理解为EPA网络主要分两个部分,即数据报文的封装/拆分过程和设备间的通信过程。设备间通信调度是EPA研究的一个关键点,目的是实现数据的实时有序通信,这主要是基于时间同步技术和确定性调度技术。


    2.2 时间同步技术
    EPA通信系统建立在时间同步基础之上,系统时间同步性能的高低直接影响到系统实时通信的质量。因此必须引入专门的机制来解决EPA通信的时间同步问题。目前,EPA系统支持SNTP和IEEE1588[ 精确时钟同步协议。SNTP是由NTP改编而来,为NTP的简化模型,主要用来同步因特网中的计算机时钟。IEEE1588(PTP)标准于2002~ 9月获得批准,并于2002年11月正式出版,该标准定义了一个适于在测量和自动化系统中使用的时钟同步协议。它采用软硬件配合的方式,最高可实现纳秒量级的超高精度的时钟同步,
    高于其它网络时间同步协议的精度 】。为尽可能提高EPA实时通信系统的时间精度,一般采用IEEE1588标准来实现EPA通信系统的时钟同步。


    2.2.1 PTP系统原理

    PTP系统是一个典型的客户、服务器模式,在系统的运行过程中,主时钟充当服务器角色,每隔一段时间(2,4,8,⋯ ⋯ ,60 s)将本地时间发布到网络上;从时钟则充当客户端的角色,对主时钟发送来的时间信息进行接收、计算,同时不定时地进行线路传输延时的计算,以便根据网络情况进行精确的时钟同步。PrI’P协议基于同步数据包被传播和接收时的最精确的匹配时间,每个从时钟通过与主时钟交换同步报文而与主时钟达到同步。这个同步过程分为两个阶段:偏移测量阶段和延迟测量阶段。偏移测量阶段修正从时钟与主时钟之间的时间偏差。延迟测量阶段计算主、从时钟之间的报文传输延迟,之后调整从时钟的本地时间,目的是为了进一步提高PTP系统时钟同步精度。


    2.2.2 PTP同步时钟系统的实现
    PTP时钟系统的实现涉及到协议定义的若干数据结构、协议状态机的实现、最优主时钟的实现、从时钟本地时间调整等诸多要素,下面给出该协议的核心实现部分。

    Default data set:该数据集定义本地时钟的继承特性,当时钟为原主时钟(GrandmasterClock)时数据集中的相应字段会被访问。

    数据集定义如下:
    typedef struct
    {
    UInteger8
    clock_ communication_ technology;
    Octet clock_ uuid_ field[6】;
    UIntegerl 6 clock port_ field;
    UInteger8 clock_
    stratum ;
    Octet clockjdentifier【4】;
    Integerl6 clock_ variante;
    BOOL clock_ followup_ capable;
    BOOL preferred;
    B00L initializable;
    B00L external_ timing;
    BOOL is_
    boundary_
    clock;
    Integer8 syncjnterval;
    Octet subdomain_ name【16】;
    UInteger16 number_
    ports;
    UInteger16 numb er_
    foreign_ records;
    }Default_data_set;


    主要字段含义说明如下:
    1)clock_uuid』ield//该域代表本地时钟的网卡的MAC地址,网卡的MAC地址理论上讲全球唯一,通常使用6字节(48 bit)来表示,比如:00—01一F4—11一C1—7B。
    2)clock stratum//该域描述任何一个时钟的记时精度,使用一个字节的空间,可取的值为0,1,2,3,4,255,其余的值保留。该域主要作为最优主时钟算法的一个输入参数,用于确定本地时钟是否能够充当主时钟的角色。如果该域取255,则本地时钟永远无法成为最优主时钟。
    3)cl0ckjdent er//当本地时钟是原主时钟时,该域代表本地时钟的标识符。
    4)clock_variance//该域代表原主时钟的时钟偏差,其初始值反映时钟的继承特性。
    5)clock_.followup_capable//该域表示本地时钟在发送了同步报文之后,是否可以发送Follow_up报文。
    6)preferred//该域表示本地时钟是否作为备选的原主时钟。如果该域的值为TRUE,表示本地时钟是备用主时钟集的成员,否则不是。
    7)external_timing//该域表示本地时钟是否可向时钟所处的同步域外的时钟发送同步信号,如果为TRUE则可以发送同步信号,否则不可以。
    8)is-boundary_clock//该域表示本地时钟是否是一个边界时钟,如果为TRUE则是一个边界时钟,否则不是。
    9)sync_interval//该域用来计算本地时钟发送同步报文的时间间隔,其值为2的幂指数,如果取1,则表示每2秒发送一个同步报文,以此类推。


    2.3 EPA 确定性调度技术
    2.3.1 EPA通信调度原理


    EPA 标准规定由EPA 通信调度管理实体保证EPA报文传输的确定性,EPA通信调度管理实体用于对EPA设备向网络上发送报文的调度管理。EPA通信调度管理实体采用分时发送机制,按预先组态的调度方案,对EPA设备向网络上发送的周期报文与非周期报文发送时间进行控制,保证在任意时刻网络上都只有一个报文在传输,以避免碰撞,同时保证了EPA周期报文和优先级高的非周期报文优先发送,加强了实时性。
    EPA通信调度管理实体(EPA_CSME)位于数据链路层与网络层之间,EPA_CSME负责对需要发送到网络上的各种数据进行合理调度。在数据发送流程中,其接收IP层传下来的数据并放入EPA CSME的调度缓冲区中,当到达周期时间或者非周期数据优先级轮到时再将数据写入到网卡驱动中,并将数据发送到网络上去。
    为了避免网络数据通信过程中数据碰撞的发生,确保数据通信的实时性与确定性,EPA将网络时间分为两个阶段:周期时间和非周期时间。周期时间内所有设备按照分配好的时间片进行通信,非周期时间内按照数据帧优先级进行通信。这样可以保证网络上数据的可靠传输。第一阶段称为周期数据传输阶段 ,第二个阶段为非周期数据传输阶段 。阶段,依据组态,微网段内的所有设备依次访问网络介质。每个EPA现场设备所发送的周期信息包括两部分,一部分是周期信息部分,它主要是指需要按周期传输的测量控制信息,或功能块输入、输出更新数据。第二部分是以广播或多播方式发送的非周期信息声明部分,包括本地设备有无非周期信息发送、本地设备非周期信息优先级以及本地IP地址等信息。在一个周期中,不同设备发送周期信息的时间相对于宏周期的起始时间的偏移量是不同的,避免了有多个设备同时发送信息,从而避免了网络上发生冲突的可能。同时,每个设备发送周期信息在时间上具有确定性。
    阶段,进行非周期数据报文的发送。非周期数据是指用于以非周期方式在两个通信伙伴之间传输的数据,如程序的上、下载数据,变量读写数据,事件通知,趋势报告等数据,以及诸如ARP、RARP、HTFP、FTP、T P、ICMP、IGMP等应用数据。非周期报文按其优先级高低、IP地址大小及时间有效方式发送。


    2.3.2 通信调度算法设计
    2.3.2.1 周期报文发送阶段
    该阶段发送的数据一般为实时数据,周期数据的发送主要取决于时钟同步精度及定时器精度。当一个周期报文被送到EPA_CSME时,EPA_CSME将其放到周期报文循环队列,同时当本地设备的周期时间发送偏差到来时,EPA_CSME从周期报文队列里按顺序取出报文进行发送,最后发送非周期数据声明报文。
    2.3.2.2 非周期报文发送阶段
    每一个需要发送非周期数据报文的本地设备,必须检测网络上当前可以发送的非周期报文级别。如果网络上当前可发送的非周期报文级别高于本地设备的非周期报文级别,则本地设备必须等待高级别的非周期报文发送完毕后,才可获得网络介质的访问权限。此时本地设备必须进一步检测当前剩余的时间是否足够发送非周期报文,如果有足够的时问,则发送非周期数据报文,数据发送完成后,本地设备发送非周期结束声明报文,以释放对网络的占有权,这样网络上的其他设备才可获得网络的使用权。
    在非周期报文发送算法中,笔者研究其在软件上的实现是采用基于报文优先级和在报文头结构中增加布尔变量的方法,布尔变量的两种状态分别表示不发送和待发送状态。EPA标准中的报文优先级~ SYg6级,从0到5,其中O表示最高的优先级。所有待发送的报文将布尔变量置为待发送状态,并按优先级别顺序排列,在侦测到网络非占用时,优先级别高的待发送报文即可发送。此方法在实验室试验中已成功应用。


    3 结束语
    工业以太网技术是当今自动化领域发展的热点之一。它的出现,标志着工业控制技术领域又一新时代的开始。EPA标准作为我国的工业以太网标准,也是我国迄今为止首个被国际标准化组织接收和发布的工业自动化标准,实现了我国工业自动化领域国际标准零的突破。考虑到EPA控制网络是未来的应用方向,而当前这项技术还没有得到真正的成熟应用,所以研究EPA通信的相关技术具有重要的现实意义。

    展开全文
  • 以太网基础知识

    万次阅读 2017-03-13 19:59:29
    现阶段成熟的局域网技术有三种:以太网(Ethernet)、令牌环(Token Ring)和光纤分布式数据接口(FDDI),其中以太网技术逐步成为局域网技术的主流。 图1 多路访问控制协议分类 图2 CSMA/CD发送数据帧流程...

    1 以太网历史简介
    …………………..

    2.1 CSMA/CD
    现阶段成熟的局域网技术有三种:以太网(Ethernet)、令牌环(Token Ring)和光纤分布式数据接口(FDDI),其中以太网技术逐步成为局域网技术的主流。
    这里写图片描述
    图1 多路访问控制协议分类
    这里写图片描述
    图2 CSMA/CD发送数据帧流程图

    2.2 以太网帧结构
    这里写图片描述
    Preamble/SFD(Start-of-Frame Delimiter):每个以太网帧发送时都是以8个字节的前导码开始,Preamble是1和0交替(1 0 1 0 1 0…….)的7个字节数据,该部分的作用是通知接收方有数据帧到来,使其与输入的时钟保持同步,56bit 模式容许站点在帧的开始可以丢弃一些bit。SFD是一个字节10101011,最后使用11,来通知接收方下一字段就是目的主机的地址了。实际上前导码都是在物理层加进去的,并不是帧的一部分。
    DA(Destination Address):6个字节,目的节点的MAC地址。
    SA(Source Address):6个字节,源节点的MAC地址。
    Type/Length:2字节,根据数值的不同代表2种不同的封装格式,如果字段值在0x0000-0x05DC范围内,则表示该字段为Length,该帧为802.3 raw封装。如果字段值在0x0600-0xFFFF范围内,则表示该字段为Type字段,该帧为Ethernet II封装,0x05DD-0x05FF保留没有使用。
    PayLoad:上层协议有效载荷,最小为46字节,最大为1500字节,对于Type封装格式,上层协议必须保证该字段的值大于46字节,对于Length封装,对于有效载荷不够46字节的报文链路层必须进行填充。
    FCR:4字节的校验和。
    另外以太网还有如下所示的封装格式:
    802.3/802.2 LLC封装
    这里写图片描述
    802.3/802.2 LLC封装中,DSAP、SSAP用来标志上层协议,比如NetBios为0xF0,IPX为0xE0。
    802.3/802.2 SNAP 中Org Code代表机构编码,是全球唯一的表示组织机构的代码OUI,PID(Protocol Identifier)是协议标志,每个组织机构可以有独立的协议标识。如苹果公司的OUI为08-00-07,其AppleTalk协议的PID为0x809B,这种封装中Org Code+PID唯一标识一个上层协议。
    802.3/802.2 SNAP RFC1042封装,Org code使用一个特殊的数值00-00-00,当这个字段为00-00-00时,Type字段与Ethernet II封装中的Type具有相同的含义。
    IP协议支持两种封装,分别是Ethernet II封装和SNAP RFC1042封装,Type均为0x0800,IPX协议支持四种封装Ethernet II、SNAP RFC1042、raw 802.3、802.3/802.2 LLC,在Ethernet II和SNAP RFC1042封装中,Type字段为0x8137,raw 802.3封装在Length后紧跟0xFFFF标志。802.3/802.2 LLC封装中,DSAP和SSAP=0xE0。Apple Talk支持Ethernet II和SNAP RFC1042封装,Type均为0x809B。
    目前使用最广泛的是Ethernet II封装。802.3/802.2 SNAP封装使用很少,因此一般所说的SNAP封装都指SNAP RFC1042封装。

    2.3 以太网速率计算
    以太网传送数据时,每两个帧之间存在帧间隙IFG(Inter Frame Gap),帧间隙的作用是使介质中的信号处于稳定状态,同时让帧接收者对接收的帧作必要的处理(如调整缓存取的指针、更新计数、发中断让主机对报文进行处理)。对于Ethernet(10M)帧间隙时间为9.6usec,100M快速以太网帧间隙为0.96usec,1000M帧间隙为0.096usec,10GE帧间隙为0.0096usec,这个时间正好相当于传送96bit数据的时间。
    以太网速率与pps进行换算,假设数据帧的长度为 k bytes(包括CRC),端口速率为R,转化后的PPS为N,那么:
    N=R/(k×8+8×8+96)
    其中k×8表示实际数据帧的长度(bits),8×8表示前导码(Preamble+SFD)的长度,96bit相当于帧间隙占用的bits。
    下面举例说明,假设端口速率为100M,发送数据帧的长度为64字节,那么线速发送报文换算成pps后,
    N=100 000 000/(64×8+8×8+96)≈148810 pps

    2.4 冲突域和广播域
    使用同轴电缆和HUB连接的主机就属于一个冲突域。
    一个站点发送一个广播报文其余节点能够接收到的节点的集合,就是一个广播域。
    传统的网桥(Bridge)可以根据MAC表对单播报文进行转发,对于广播报文向所有的端口都转发,所以网桥的所有端口连接的节点属于一个广播域,但是每个端口属于一个单独冲突域。
    传统的二层交换机所有端口都属于一个广播域,用户需要重新连线来选择所在的LAN。因此,在传统二层交换机上引入了VLAN(Virtual LAN)。每个VLAN中的所有节点在同一个广播域,每个VLAN是逻辑LAN,VLAN之间是二层隔离的。

    2.5 半双工、全双工、自协商
    同一时刻只能接收或发送数据的工作模式为半双工模式。在半双工模式下,使用CSMA/CD的机制来避免冲突。
    全双工模式下,同一时刻可以同时接收和发送数据帧。
    自协商功能允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端,并接收对方可能传递过来的相应信息。对于两端处于自协商工作方式的设备,最终协商的结果是采用二者技术能力域中优先级低的网口提供的工作方式工作。协商级别一般为1000Mfull,1000Mhalf,100Mfull,100Mhalf,10Mfull,10Mhalf。

    10BASE-T的以太网接口(它只支持10M,不支持自协商)在链路UP之前会发送Link Test Pulse(LTP),该脉冲用以检测链路是否应该UP;而100BASE-T以太网接口(它只支持100M,不支持自协商)在链路UP之前会发送FAST ETHERNET IDLE流,用以检测链路是否应该UP。

    自协商机制
    支持自协商(Autonegotiation)的以太网接口则在链路UP之前发送FLP(Fast Link Pulse),FLP实际上是一组LTP和数据脉冲的组合,它们表明一种含义:例如我支持100M全双工。较旧的设备例如10BASE-T仍然将这些FLP识别为LTP,而自协商设备则能够识别FLP的含义并通过交互这种握手信息来使链路成为最优配置。如果自协商设备看到有一般的LTP(不是有特定含义的FLP)输入,它就将本端设置为10M半双工。如果自协商设备看到有FAST ETHERNET IDLE输入,它就将本端设置为100M半双工。以上所述的自协商机制只对10/100兆铜缆接口或千兆光/电口有效,100BASE-FX不支持自协商。

    BASE前的数字表示网络的数据传输率,比如说:10BASE指数据传输率为10Mbps,1000BASE为1000Mbps
    BASE指基带传输,即未经过调制,不能复用的传输,与其对应的BROAD指宽带传输(多用于有线电视网)
    BASE后的字母或数字指的是传输介质,反应介质特点,比如说10BASE-T中的T指双绞线,

    10BASE-5指传输距离500米(即粗缆)
    BASE基带 CX铜缆 FX 光缆
    TX表示电接口(双绞线)
    FX表示光接口(光纤)
    SX表述短距离的光接口
    LX表示长距离光接口(1310nm)
    ZX表示长距离光接口(1500nm)

    2.6 流控
    流控指当接收者没有能力处理接收到的报文时,为了防止丢包,接收者需要通知报文的发送者一段时间内停止发送报文。
    对于半双工模式和全双工模式,流控通过不同的方式来实现。在全双工模式下,接收者通过发送一种特殊的数据帧来通知发送者,停止发送报文,这种特殊的数据帧称为PAUSE帧,下面是PAUSE帧的结构:
    这里写图片描述
    图3 PAUSE帧格式
    PAUSE帧的长度固定为64字节(包括CRC),PAUSE帧的目的MAC为组播MAC :0180-c200-0001,源MAC为发送PAUSE帧的节点的MAC,LENTH/TYPE字段固定为0x8808。MAC CONTROL PARAMETERS字段表示要求发送者暂停发送流量的时间,数值有效范围为0-65535, 单位为512bit time(bit time指链路上传输1bit需要的时间,如100M链路bit time为10ns)。如果数据报文的接收者在发送PAUSE帧后,在PAUSE帧发送的等待时间超时之前可以处理数据报文,则再发送一个等待时间为0的PAUSE帧通知数据发送者开始发送数据。
    PAUSE的接收者(也是数据报文的发送者),收到PAUSE帧后会根据PAUSE帧中的等待时间停止发送报文,等待时间超时后继续发送报文。
    半双工模式下,以太网利用CSMA/CD机制处理冲突和链路使用问题。根据CSMA/CD机制,半双工的模式下,采取的流控方式为Backpressure,即背压。该种方法有两种实现,一个是数据接收者有意制造一次冲突,数据发送者检测到冲突采取Backoff,这样就延缓了数据的发送;另外一个方法是制造载波信号,使数据发送者感觉到接收者要发送数据,从而通过检测到载波而进行延时传输。

    展开全文
  • 以太网基本知识

    2020-07-30 10:41:12
    局域网(LAN)的结构主要有三种类型:以太网(Ethernet)、令牌环(Token Ring)、令牌总线(Token Bus)以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口(FDDI)。 它们所遵循的都是IEEE(美国电子电气工程师协会)制定...

    局域网(LAN)的结构主要有三种类型:以太网(Ethernet)、令牌环(Token Ring)、令牌总线(Token Bus)以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口(FDDI)。
    它们所遵循的都是IEEE(美国电子电气工程师协会)制定的以802开头的标准,目前共有11个与局域网有关的标准。IEEE 802.5 通常指令牌环网。一种网络协议。Token Ring访问方法及物理层规定等。 
    80年代初期:美国电气和电子工程师学会IEEE 802***会制定出局域网体系结构, 即IEEE 802参考模型。
    IEEE 802参考模型相当于OSI模型的最低两层:
    1983年:IEEE 802 ***会以美国施乐(Xerox)公司+数字装备公司(Digital)+英特尔(Intel)公司提交的DIX Ethernet V2为基础,推出了IEEE 802.3。
    IEEE 802.3又叫做具有CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)的网络。CSMA/CD是IEEE 802.3采用的媒体接入控制技术,或称介质访问控制技术。
    因此: IEEE802.3 以“以太网”为技术原形,本质特点是采用CSMA/CD 的介质访问控制技术。“以太网”与IEEE 802.3略有区别。但在忽略网络协议细节时, 人们习惯将IEEE 802.3称为”以太网”。
    与IEEE 802 有关的其它网络协议:
    IEEE 802.1—概述、体系结构和网络互连,以及网络管理和性能测量。
    IEEE 802.2—逻辑链路控制LLC。最高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。
    IEEE 802.3—CSMA/CD网络,定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。
    IEEE 802.4—令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。
    IEEE 802.5—令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。
    IEEE 802.6—城域网。
    IEEE 802.7—宽带技术。
    IEEE 802.8—光纤技术。
    IEEE 802.9—综合话音数据局域网。
    IEEE 802.10—可互操作的局域网的安全。
    IEEE 802.11—无线局域网。
    IEEE 802.12—优先高速局域网(100Mb/s)。
    IEEE 802.13—有线电视(Cable-TV)。

    展开全文
  • 以太网相关知识

    2013-09-09 15:15:56
    以太网接口的半双工和全双工工作原理 以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问(CSMA/CD)机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息,因此,我们说以太网是一种广播网络。  半双工:半双工传输...
  • 千兆以太网技术

    千次阅读 2006-04-03 16:49:00
    目前,千兆以太网已经发展成为主流网络技术。...千兆以太网特点 1.千兆位以太网提供完美无缺的迁移途径,充分保护在现有网络基础设施上的投资。千兆位以太网将保留IEEE 802.3和以太网帧格式以及802.3受
  • 以太网控制芯片W5200特点讲解应用

    千次阅读 2013-05-17 16:04:12
    前言 通常采用的计算机网络体系结构是一个5层结构的模型,分别是物理层(PHY)、数据链路层(MAC...例如,ENC28J60就是一款内置物理层(PHY)数据链路层(MAC)的以太网控制芯片,要实现单片机与网络的互联必须使用
  • 硬件设计42之以太网知识

    千次阅读 2018-05-07 21:40:15
    以太网 (Ethernet)指的是由...以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问冲突检测) 技术, 并以 10M/S的速率运行在多种类型的电 缆上。以太网与 IEEE802.3系列标准相类似。1解释以太网(EtherNet)以太网最早由 Xerox (施...
  • 计算机网络知识点总结:以太网

    千次阅读 2019-11-02 15:34:10
    1,不同以太网标准的技术要求:传输介质与作用距离 2,直连与交叉线的选择:不同种接口(指MDI和MDI-X)选直连,同种接口选交叉,现在能自适应,但旧设备要注意 以太网接口标识:e,f,g S口是serial接口的意思,...
  • 本章为系列指南第一章,主要是介绍一下项目思路,并且尽可能列出从零开始着手开发这个项目过程中,所需要理解的各类知识点,关于这些知识点,如果需要更详细的介绍,请列为看官自行百度谷歌。 STM32F407简介 STM32...
  • 以太网

    千次阅读 2015-07-28 18:54:01
    以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问冲突检测)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似。 包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10
  • “WIZnet杯”以太网技术竞赛-细则

    千次阅读 2013-10-14 16:49:31
    WIZnet专注于以太网技术,曾有W5100和W5200两款网络芯片流行于电子圈,特别为一些Arduino爱好者所熟知。此次借最新高性能W5500网络芯片推出之际,开展此次有奖竞赛活动,期望参赛选手能够通过以上三款芯片完成形式...
  • 路由器开发相关知识总结 —— 以太网PHY芯片

    万次阅读 多人点赞 2016-07-06 20:56:13
    一、网卡的主要特点 1、基础知识  网卡(Network Interface Card,简称NIC),也称网络适配器,是电脑与局域网相互连接的设备。无论是普通电脑还是高端服务器,只要连接到局域网,就都需要安装一块网卡。如果有必要...
  • 车载以太网测试:以太网测什么

    千次阅读 2020-11-18 16:23:34
    回到“关于测试”(聊聊车载以太网测试:(1)关于测试)聊起,让我们对汽车电子测试面向的对象的复杂度有了了解,也认识到要想成为“专业优秀”的汽车电子测试人员,需兼顾软硬件知识储备,不仅要知其然,更要“知...
  • 也整理了工业以太网的基础知识: 必备的工业以太网的基础知识 今天我们来聊一聊各种主流的工业以太网~ PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE..... 今天算是总体汇总...
  • 局域网技术 本章关键学习内容以下 局域网特点体系结构和拓扑结构 IEEE 802模型和标准 CSMA/CD介质访问控制方法 交换术以太网技术 VLAN划分和实现 无线局域网介绍 局域网技术概述 特点 计划建设管理和维护自主性强 ...
  • 工业以太网

    千次阅读 2012-08-26 23:49:05
    工业以太网 工业以太网是基于IEEE802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。 工业以太网络的构成 ... ----为了应用于严酷的工业环境,确保工业应用的安全可靠,SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重
  • 以太网交换原理

    千次阅读 2014-02-17 20:12:40
    本文力求阐明以太网交换原理,并对相关知识作以介绍。 1 以太网交换机相关概念 1.1 传统的电话交换技术 交换概念始于电话交换。传统电话网由传输电路与电话交换机组成,处于网络节点的交换机完成对传输链路的...
  • 以太网详解

    千次阅读 2012-05-25 15:34:03
    以太网(Ethernet)。...以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问冲突检测技术)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。  它不是一种具体的网络,是一
  • 以太网 Ethernet

    2009-10-18 17:17:00
    以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问冲突检测技术)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。 它不是一种具体的网络,是一种技术规范。 以太网是当今现有局域网采用的最...
  • 1.共享式以太网 共享式以太网是构建在总线型拓扑上的以太网,可以直接用细缆或粗缆把计算机连接起来成为共享式以太网,也可以使用集线器(Hub)和双绞线连接计算机而构成共享式...CSMA/CD算法的工作特点决定了共...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 7,764
精华内容 3,105
关键字:

以太网的特点及技术知识