免费智能真题库 > 历年试卷 > 网络工程师 > 2017年下半年 网络工程师 上午试卷 综合知识
  第21题      
  知识点:   IP协议的数据单元   MAC帧结构   TCP   以太网
  关键词:   TCP   以太网        章/节:   TCP/IP 协议   局域网       

 
以太网可以传送最大的TCP段为( )字节。
 
 
  A.  1480
 
  B.  1500
 
  C.  1518
 
  D.  2000
 
 
 

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  第63题    2010年下半年  
   39%
以太网帧格式如下图所示,其中的“长度”字段的作用是(63)。
  第60题    2010年上半年  
   47%
IEEE 802.3规定的最小帧长为64字节,这个帧长是指(60)。
  第64题    2017年上半年  
   37%
在以太网中出于对( )的考虑,需设置数据帧的最小帧。
   知识点讲解    
   · IP协议的数据单元    · MAC帧结构    · TCP    · 以太网
 
       IP协议的数据单元
        目前因特网上广泛使用的IP协议为IPv4,其数据报格式如下图所示。IPv4的设计目标是提供无连接的数据报尽力投递服务。
        
        IPv4数据报格式
        IP数据报包括IP数据报报头和数据域两部分,报头主要包含数据报传输时所用的控制信息,数据域携带用户希望传输的数据信息。
        .版本号:说明对应IP协议的版本号(此处取值为4)。
        .IP头长度:以32位字为单位的IP数据报报头的长度。
        .服务类型:说明本数据报对传输网络的性能要求,或者指导路由器选择适合的传输网络。前3位表示本数据报的优先级(取值为0表示一般数据,取值为7表示网络控制信息);第四~六位分别为延迟(D)、吞吐量(T)和可靠性(R)标志位;最后两位保留未用。
        .IP数据报长度:说明整个IP数据报的长度,以字节为单位,最大值为65 535。
        .标识符:唯一地标识该份IP数据报;IP模块提供尽力投递的服务,在IP数据报投递的过程中,可能执行数据报分段的工作,将一个体积较大的数据报划分为若干个小的数据报。为了便于收方IP模块的组装,所有小数据报的标识符域具有相同的值。
        .标志:说明本数据报是否允许分段。本域共占3位,从左至右第一位保留未用,第二位(DF)表示是否允许分段,第三位(MF)表示本分段是否为最后一段。
        .段偏移:说明本数据报分段在整个数据报中的起始位置;由于段偏移域共占13位,表示源发节点发送的IP数据报最多允许有8192个分段。
        .生存期:说明本IP数据报在网络中允许停留的时间。为了避免IP数据报在网络中无限制地转发,设置了本字段。通常本字段由源发端设置,并且每经过一个路由器(分析IP数据报),数值减1;结果为0,则丢弃本数据报。
        .协议:说明其上层用户协议,如TCP、UDP等。
        .报头校验和:用于路由器检测IP数据报报头的正确性。该域的值在IP数据报途经的每个路由器上重新生成,并由下一跳的路由器验证。IP模块丢弃报头出错的数据报,并通过ICMP(因特网控制消息协议)告知发送方。
        .源/宿IP地址:填写本IP数据报的发送方和接收方的IP地址。
        .IP选项:用于对IPv4的功能扩充。
        .填充域:保证整个IP数据报报头的长度为32位字的整数倍。如果报头长度不是32位的整数倍,则需要在填充域中加0凑齐。
 
       MAC帧结构
        CSMA/CD方式定义的帧结构内含8个字段:前导码(P)、帧起始符(SFD)、目的地址(DA)、源地址(SA)、数据长度(L)、用户数据(DATA)、填充(PAD)和帧校验序列(FCS)。完整的MAC帧格式如下图所示。
        
        CDMA/CD的MAC帧格式
        (1)前导码(P)字段包含7字节,其格式为"1010..1010"。前导码的目的是使接收端进入同步状态,以便数据的接收。
        (2)帧起始符(SFD)占1字节(1B),取值为10101011。SFD紧跟在前导码字段之后标识本信息帧的开始。
        (3)目的地址/源地址(DA/SA)各占2B或6B,10Mb/s的基带网络只使用6B地址。目的地址最高位为0时表示普通地址,为1时表示组地址。全1的目的地址是广播地址,所有站都接收这种帧。地址字段的次高位表示采用本地地址或者全局地址,本地地址为两字节(2B)地址,由网络管理员分配;全局地址为6B地址,由IEEE分配,确保全球唯一。尽管标准中定义的地址字段可以是2B或者6B,但在同一个网络中地址结构应当一致。
        (4)数据长度(L)字段占2B,表示DATA字段的实际长度。
        (5)用户数据(DATA)字段小于1500B,存放高层LLC的信息。
        (6)填充(PAD)字段不大于46B。为了保证帧发送期间能检测到冲突,IEEE 802.3规定最小帧为64B。这个帧长是指从目标地址到校验序列的长度。由于前导码和帧起始符是物理层加上的,因此不包括在帧长中,也不参加帧校验。如果帧的长度不足64B,要加入最多46B的填充位。
        (7)帧校验序列(FCS)占4B,采用循环冗余校验(CRC)码。
 
       TCP
        TCP是面向连接的通信协议,通过三次握手建立连接,通信完成时要拆除连接,由于TCP是面向连接的,所以只能用于端到端的通信。
        TCP提供的是一种可靠的数据流服务,采用“带重传的肯定确认”技术实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制,所谓窗口,实际表示接收能力,用以限制发送方的发送速度。
        如果IP数据包中有已经封装好的TCP数据包,那么IP将把它们向“上”传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查,同时实现虚电路之间的连接。TCP数据包中包括序号和确认,所以未按照顺序收到的包可以被排序,而损坏的包则可以被重传。
        TCP将它的信息发送到更高层的应用程序,例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层,TCP层便将它们向下传送到IP层、设备驱动程序和物理介质,最后传送到接收方。
        面向连接的服务(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP)需要高度的可靠性,所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP(发送和接收域名数据库),但使用UDP传送有关单个主机的信息。
 
       以太网
        以太网是最早使用的局域网,也是目前使用最广泛的网络产品。以太网有10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10Gb/s等多种速率。
               以太网传输介质
               以太网比较常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤三种,以IEEE 802.3委员会习惯用类似于10Base-T的方式进行命名。这种命名方式由三个部分组成:
               (1)10:表示速率,单位是Mb/s。
               (2)Base:表示传输机制,Base代表基带,Broad代表宽带。
               (3)T:传输介质,T表示双绞线、F表示光纤、数字代表铜缆的最大段长。
               传输介质的具体命名方案如下表所示,了解这些知识是十分必要的。
               
               以太网传输介质表
               
               以太网时隙
               时间被分为离散的区间称为时隙(Slot Time)。帧总是在时隙开始的一瞬间开始发送。一个时隙内可能发送0,1或多个帧,分别对应空闲时隙、成功发送和发生冲突的情况。
                      设置时隙理由
                      在以太网规则中,若发生冲突,则必须让网上每个主机都检测到。信号传播整个介质需要一定的时间。考虑极限情况,主机发送的帧很小,两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻,B开始发送帧。这样,当A的帧到达B时,B检测到了冲突,于是发送阻塞信号。B的阻塞信号还没有传输到A,A的帧已发送完毕,那么A就检测不到冲突,而误认为已发送成功,不再发送。由于信号的传播时延,检测到冲突需要一定的时间,所以发送的帧必须有一定的长度。这就是时隙需要解决的问题。
                      在最坏情况下,检测到冲突所需的时间
                      若A和B是网上相距最远的两个主机,设信号在A和B之间传播时延为τ,假定A在t时刻开始发送一帧,则这个帧在t+τ时刻到达B,若B在t+τ-ε时刻开始发送一帧,则B在t+τ时就会检测到冲突,并发出阻塞信号。阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突,所以一帧的发送时间必须大于2τ
                      按照标准,10Mb/s以太网采用中继器时,连接最大长度为2500m,最多经过4个中继器,因此规定对于10Mb/s以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。51.2μs也就是512位数据在10Mb/s以太网速率下的传播时间,常称为512位时。这个时间定义为以太网时隙。512位=64字节,因此以太网帧的最小长度为64字节。
                      冲突发生的时段
                      (1)冲突只能发生在主机发送帧的最初一段时间,即512位时的时段。
                      (2)当网上所有主机都检测到冲突后,就会停发帧。
                      (3)512位时是主机捕获信道的时间,如果某主机发送一个帧的512位时,而没有发生冲突,以后也就不会再发生冲突了。
               提高传统以太网带宽的途径
               以往被淘汰、传统的以太网是以10Mb/s速率半双工方式进行数据传输的。随着网络应用的迅速发展,网络的带宽限制已成为进一步提高网络性能的瓶颈。提高传统以太网带宽的方法主要有以下3种。
                      交换以太网
                      以太网使用的CSMA/CD是一种竞争式的介质访问控制协议,因此从本质上说它在网络负载较低时性能不错,但如果网络负载很大时,冲突会很常见,因此导致网络性能的大幅下降。为了解决这一瓶颈问题,“交换式以太网”应运而生,这种系统的核心是使用交换机代替集线器。交换机的特点是,其每个端口都分配到全部10Mb/s的以太网带宽。若交换机有8个端口或16个端口,那么它的带宽至少是共享型的8倍或16倍(这里不包括由于减少碰撞而获得的带宽)。
                      交换以太网能够大幅度的提高网络性能的主要原因是:
                      .减少了每个网段中的站点的数量;
                      .同时支持多个并发的通信连接。
                      网络交换机有三种交换机制:直通(Cut through)、存储转发(Store and forward)和碎片直通(Fragment free Cut through)。
                      交换式以太网具有几个优点:第一,它保留现有以太网的基础设施,保护了用户的投资;第二,提高了每个站点的平均拥有带宽和网络的整体带宽;第三,减少了冲突,提高了网络传输效率。
                      全双工以太网
                      全双工技术可以提供双倍于半双工操作的带宽,即每个方向都支持10Mb/s,这样就可以得到20Mb/s的以太网带宽。当然这还与网络流量的对称度有关。
                      全双工操作吸引人的另一个特点是它不需要改变原来10Base-T网络中的电缆布线,可以使用和10Base-T相同的双绞线布线系统,不同的是它使用一对双绞线进行发送,而使用另一对进行接收。这个方法是可行的,因为一般10Base-T布线是有冗余的(共4对双绞线)。
                      高速服务器连接
                      众多的工作站在访问服务器时可能会在服务器的连接处出现瓶颈,通过高速服务器连接可以解决这个问题。使用带有高速端口的交换机(如24个10Mb/s端口,1个100Mb/s或1000Mb/s高速端口),然后再把服务器接在高速端口上并使用全双工操作。这样服务器就可以实现与网络200Mb/s或2000Mb/s的连接。
               以太网的帧格式
               以太网帧的格式如下图所示,包含的字段有前导码、目的地址、源地址、数据类型、发送的数据,以及帧校验序列等。这些字段中除了数据字段是变长以外,其余字段的长度都是固定的。
               
               以太网的帧结构
               注:字段的长度以字节为单位
               前导码(P)字段占用8字节。
               目的地址(DA)字段和源地址(SA)字段都是占用6字节的长度。目的地址用于标识接收站点的地址,它可以是单个的地址,也可以是组地址或广播地址,当地址中最高字节的最低位设置为1时表示该地址是一个多播地址,用十六进制数可表示为01:00:00:00:00:00,假如全部48位(每字节8位,6字节即48位)都是1时,该地址表示是一个广播地址。源地址用于标识发送站点的地址。
               类型(Type)字段占用两字节,表示数据的类型,如0x0800表示其后的数据字段中的数据包是一个IP包,而0x0806表示ARP数据包,0x8035表示RARP数据包。
               数据(Data)字段占用46~1500个不等长的字节数。以太网要求最少要有46字节的数据,如果数据不够长度,必须在不足的空间插入填充字节来补充。
               帧校验序列(FCS)字段是32位(即4字节)的循环冗余码。
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