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    一、分组交换的时延计算

    在这里插入图片描述
    要学会画右边的这种时延分析图,可以快速地弄清楚,总时延中各部分的关系。

    有点流水线的感觉。由图很清楚:总时延 = 所有分组的发送时延 + 发送时延 * 2


    二、 报文、分组交换的时延计算

    在这里插入图片描述
    学会画图分析,一目了然


    三、以太网交换机的时延计算

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    首先我们要知道,以太网交换机有两种交换模式:直通交换,存储转发交换

    由上图以太网帧格式我们可以看到,控制信息部分占18Byte

    直通交换:交换机只接收以太网帧的目的MAC地址就将帧转发到目的端口,中间不存在校验帧的时延,也没有缓存时延。还值得注意一点的是,以太网帧格式中,目的MAC地址在最前面的6个Byte,因此,直通式交换机只会接收前6个字节的数据,效率大大提高。

    存储转发交换:交换机会缓存帧,并进行校验。接收帧的全部数据。

    【解】:
    因此,上题中,该直通式交换机的转发时延是由前六个字节所引起的,故6*8 = 48bit,即交换机需要处理的比特数。然后除以传输速率,因此,交换机最终只需要花费0.48微秒的延迟转发该帧。

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  • 3-24 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。...(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上...

    3-24 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?换言之,如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞?(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)
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  • 假定站点A 和B 在同一个10Mb/s 以太网网段上。这两个站点之间的时延为225 比特时间。...(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)。

    3-24 :

    问题:

    • 假定站点A 和B 在同一个10Mb/s 以太网网段上。这两个站点之间的时延为225 比特时间。现假定A 开始发送一帧,并且在A 发送结束之前B 也发送一帧。如果A 发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A 在检测到和B 发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?
    • 换言之,如果A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A 所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞?
    • 请写出分析过程。(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)。

    结果:

    • 站A在检测到和站B发生碰撞之前不能把自己的数据发送完毕;
    • 如果站A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么可以肯定站A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞;

    过程:

    前提了解

    • 先附上以太网V2的MAC帧格式的图片

    图3-22

    • 协议规定了基本退避时间为争用期 2τ(tao),具体的争用期时间是 51.2μs。(争用期时间是协议规定的,需要自行记忆)

    • 文题中:站点A 和B 在同一个10Mb/s 以太网网段上,则在争用期内站点A发送的最短帧长是10Mbit/s × 51.2μs = 512bit,即64字节。

      1 Mbits = 1e3 Kbits = 1e6 bit
      1 s = 1e6 μs
      1e6 = 1 × 106

    • 在传输媒体上传送的要比MAC帧多8个字节(这个也需要记忆),即站点A实际传送的帧大小是 (64Byte + 8Byte)× 8bit = 576bit

    开始假设计算

    • 先假设在 t = 0 比特时间的时候站点 A 开始发送数据帧。

    • 由于以太网使用的 CSMA/CD 协议,数据在发送时要载波监听与碰撞检测。即站点只有检测到总线上处于空闲状态时才发送数据帧

    • 文题表明:这两个站点之间的时延为225 比特时间。即数据帧从站A到站B需要花费 225 比特时间

    • 所以在这种情况下站B想要发送数据只有两种比特时间可能:
      1. 在 t = (0~224) 比特时间,由于站A发送的数据帧还在去站B的途中,数据帧没有到站B所以站B任然认为总线上是处于空闲状态,即可以发送数据帧;
      2. 在 t > (576 + 225) = 801 比特时间,这个时候由于站A已经将数据帧完全发送给站B了,此时总线上是真正的处于空闲状态。

    • 文题条件:并且在A 发送结束之前B 也发送一帧。,所以可以排除上述的第二种可能,并确定站B在 t = (0~224) 比特时间中发送数据帧;

    • 当 t = 225比特时间,站B就能检测出站A发送的数据帧。

    • 只要站B在 t = 224 比特时间之前发送数据帧,站A在发送完毕之前就一定能检测到碰撞,这就能够肯定以后也不会再发送碰撞了;

    • 如果站A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么就能够肯定站A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞。

    即:

    • 站A在检测到和站B发生碰撞之前不能把自己的数据发送完毕;
    • 如果站A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么可以肯定站A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞;

    资料参考

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    以太网简介
    以太网是一种计算机局域网技术,而且是目前应用最普遍的局域网技术。

    以太网工作原理

    以太网采用共享信道的方法并采用了上一章所讲的CSMD/CD(载波监听/冲突检测)协议。

    交换机工作原理

    交换机简介

    拓展以太网常用的方法是在数据链路层进行。早期是使用网桥,现在是用以太网交换机
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    网桥在执行转发前先接收帧并进行缓冲,与中继器相比会引入更多时延

    1990 年问世的交换式集线器 (switching hub) 可明显地提高以太网的性能
    交换式集线器常称为以太网交换机 (switch) 或第二层交换机 (L2 switch),强调这种交换机工作在数据链路层

    交换机工作原理:
    以太网交换机怎么知道对方的MAC地址—ARP协议

    ARP协议内容:地址解析协议,即ARP(Address Resolution Protocol),是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求****广播到局域网络上的所有主机,并接收返回消息,以此确定目标的物理地址;收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间,下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

    ARP协议功能:将目的IP地址翻译为MAC地址。

    怎么知道从那个口转出去—交换机地址学习

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    交换机对数据帧的处理方式:单播与泛洪、单播与转发、丢弃。(ARP的具体实现方法)

    交换机对于进入端口的数据帧有3种处理行为:泛洪、转发、丢弃
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    单播泛洪
    we can see, 单播的定义其实如果你收到的单播帧所要去的地方,交换机有所记录的话(有在MAC地址表中),就对此帧进行单播发送到目的MAC地址。否则执行泛洪操作,去到处问你要去的地方(MAC地址)。

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    单播与转发
    与泛洪如出一辙,收到单播帧,收到后查询MAC地址表,如果不是表中对应的端口编号不是这个帧从传输介质进入交换机的那个端口编号,则执行转发操作。(将该帧送至该帧目的MAC地址在MAC地址表中对应的那个端口,并从那个端口发送出去)
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    丢弃
    如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个单播帧,则交换机会去MAC表查这个帧的目的MAC地址。如果查到了这个MAC地址表,则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口编号是不是这个帧从传输介质进入交换机的那个端口的端口编号。如果是,则交换机将对该帧执行丢弃操作。
    如图所示:
    在这里插入图片描述

    主机1想要访问主机2,发送单播数据帧,交换机1收到后,若MAC地址表中查不到对应的表项,则会泛洪该数据帧。
    交换机2收到该数据帧后,发现目的MAC地址对应的端口就是接收数据帧的端口,则会丢弃该数据帧。

    好多图啊,我也不想。在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    MAC地址学习:

    MAC地址表
    每台交换机中都有一个MAC地址表,存放了MAC地址与交换机端口编号之间的映射关系。
    查看方式:display mac-address

    1.初始状态下,交换机并不知道所连接主机的MAC地址,所以MAC地址表为空。
    在这里插入图片描述
    2.主机1想要发送数据给主机2(假设已知对端的IP地址和MAC地址),会封装数据帧,包含自己的源IP地址和源MAC地址。
    交换机收到后会查自己的MAC地址表,发现没有对应表项,则收到的数据帧是“未知单播帧” 。
    在这里插入图片描述

    3.由于收到的数据帧是“未知单播帧”,因此交换机会泛洪该数据帧。
    同时,交换机将收到的数据帧的源MAC地址和对应端口编号记录到MAC地址表中。
    注意:MAC地址表中动态学习的表项并非永远有效,每一条表项都有一个生存周期,到达生存周期仍得不到更新的表项将被删除,这个生存周期被称作老化时间。例如华为S系列交换机的老化时间缺省值是300秒
    。****
    在这里插入图片描述

    4.广播网络中的所有主机均会收到该数据帧,但是只有主机2会处理(因为目的MAC地址是主机2)。
    主机2会回复数据帧给主机1,也是单播数据帧。
    在这里插入图片描述

    5.交换机收到该单播数据帧后,会查看自己的MAC地址表,发现有对应的表项,则将数据从对应的端口转发出去。
    同时,交换机将收到的数据帧的源MAC地址和对应端口编号记录到MAC地址表中。

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    数据通信全过程(同网段)

    场景描述:
    任务:主机1想要访问主机2
    主机:初始化状态,仅知道本机IP地址和MAC地址(假设已获取对端IP地址)
    交换机:刚上电,初始化状态

    泛洪数据帧–>学习MAC地址–>目标主机回复
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    以太网交换机的优点
    在这里插入图片描述

    冲突域与广播域

    在 My Internet 物理层里提到过这两大“领域”以及以太网的用的共享通道,前面两章都提到过。但并没有详细介绍其工作过程。

    冲突域:冲突域是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合,冲突域内所有节点竞争同一带宽,一个节点发出的报文(无论是单播、组播、广播),其余节点都可以收到。

    广播域:广播报文所能到达的整个访问范围称为二层广播域,简称广播域,同一广播域内的主机都能收到广播报文。

    在共享网络,以太网络使用CSMA/CD技术,避免冲突问题。CSMA/CD的基本工作过程如下:
    终端设备不停的检测共享线路的状态。
    如果线路空闲则发送数据。
    如果线路不空闲则一直等待。
    如果有另外一个设备同时发送数据,两个设备发送的数据必然产生冲突,导致线路上的信号不稳定。
    终端设备检测到这种不稳定之后,马上停止发送自己的数据。
    终端设备发送一连串干扰脉冲,然后等待一段时间之后再进行发送数据。发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备,特别是跟自己在同一个时刻发送数据的设备,线路上已经产生了冲突。
    CSMA/CD的工作原理可简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发。

    利用物理条件可以避免部分负面环境影响(负面Buff)
    总线以太网和集线器以太网会让所有计算机都处于同一个冲突域和同一个广播域之中。

    但是采用以太网交换机每个接口都处于一个独立的碰撞域(或冲突域)中,但所有计算机还是处于同一个广播域中。
    反正就是以太网交换机比较牛犇在这里插入图片描述

    终于又迁移完了一节知识,在这里插入图片描述

    主要是直接看资料会比较乏味,就跟看教科书一样。自己过一遍也可以添加自己的想法在上面,一举多得。

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以太网时延计算