MAC和PHY规范
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被考频率: 中频率
答错率:    33%
知识难度:
考试要求: 掌握     
知识路径:  > 网络技术  > 局域网


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       最早采用CSMA/CD协议的网络是Xerox公司的以太网。1981年,DEC、Intel和Xerox 3家公司制定了DIX以太网标准。后来,IEEE 802委员会参考以太网标准制定了局域网标准。以太网是802.3标准中的一种。
       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。
       CSMA/CD协议的实现
       IEEE 802.3采用CSMA/CD协议,这个协议的载波监听、冲突检测、冲突强化、二进制指数后退等功能都由硬件实现。这些硬逻辑电路包含在网卡中。网卡上的主要器件是以太网数据链路控制器(Ethernet Data Link Controller, EDLC)。这个器件中有两套独立的系统,分别用于发送和接收。
       IEEE 802.3使用1-坚持型监听算法,因为这个算法可及时抢占信道,减少空闲期,同时实现也较简单。在监听到网络由活动变到安静后,并不能立即开始发送,还要等待一个最小帧间隔时间,只有在此期间网络持续平静,才能开始试发送。最小帧间隔时间规定为9.6μs。
       在发送过程中继续监听。若检测到冲突,发送8个十六进制数的序列55555555,这就是协议规定的阻塞信号。
       接收站要对收到的帧进行校验。除了CRC校验外,还要检查帧的长度。短于最小长度的帧被认为是冲突碎片而丢弃,帧长与数据长度不一致的帧以及长度不是整数字节的帧也被丢弃。
       物理层规范
       下表所示为IEEE 802.3所采用的传输介质(其中的曼码是指曼彻斯特编码)。
       
       IEEE 802.3的传输介质
 

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