addressing, ARP
MAC 地址和ARP
32bitIP地址:
网络层地址
前n-1跳：用于使数据报到达目的IP子网
最后一跳：到达子网中的目标节点
LAN（MAC/物理/以太网）地址:
用于使帧从一个网卡传递到与其物理连接的另一个网卡 (在同一个物理网络中)
48bit MAC地址固化在适配器的ROM，有时也可以通 过软件设定
理论上全球任何2个网卡的MAC地址都不相同
e.g.: 1A-2F-BB-76-09-AD
网络地址和mac地址分离
IP地址和MAC地址的作用不同
a) IP地址是分层的
一个子网所有站点网络号一致，路由聚集，减少路由表
需要一个网络中的站点地址网络号一致，如果捆绑 需要定制网卡非常麻烦
希望网络层地址是配置的；IP地址完成网络到网络的 交付
b) mac地址是一个平面的
网卡在生产时不知道被用于哪个网络，因此给网卡一个 唯一的标示，用于区分一个网络内部不同的网卡即可
可以完成一个物理网络内部的节点到节点的数据交付
分离好处
a) 网卡坏了，ip不变，可以捆绑到另外一个网卡的 mac上
b) 物理网络还可以除IP之外支持其他网络层协议， 链路协议为任意 上层网络协议， 如IPX等
捆绑的问题
a) 如果仅仅使用IP地址，不用mac地址，那么它仅支 持IP协议
b) 每次上电都要重新写入网卡 IP地址；
c) 另外一个选择就是不使用任何地址；不用MAC地 址，则每到来一个帧都要上传到IP层次，由它判 断是不是需要接受，干扰一次
局域网上每个适配器都有一个唯一的LAN地址
MAC地址由IEEE管理和分配
制造商购入MAC地址空间（保证唯一性）
类比:
(a)MAC地址：社会安全号
(b)IP地址：通讯地址
MAC平面地址 ➜ 支持移动
可以将网卡到接到其它网络
IP地址有层次-不能移动
依赖于节点连接的IP子网，与子网的网络号相同（ 有与其相连的子网相同的网络前缀）
ARP: Address Resolution Protocol
问题:已知B的IP地址，如何确定B的 ?
答： 就是通过ARP协议 完成ip地址到mac地址的转换
在LAN上的每个IP节 点都有一个ARP表
ARP表：包括一些 LAN节点IP/MAC地 址的映射
< IP address; MAC address; TTL>
TTL时间是指地址映射失效 的时间
典型是20min
ARP协议：在同一个LAN (网络)
A要发送帧给B(B的IP地址 已知)， 但B的MAC地址不 在A的ARP表中
A广播包含B的IP地址的 ARP查询包
Dest MAC address = FF-FF-FF-FF-FF-FF
LAN上的所有节点都会收到 该查询包
B接收到ARP包，回复A自 己的MAC地址
帧发送给A
用A的MAC地址（单播）
A在自己的ARP表中，缓存 IP-to-MAC地址映射关系 ，直到信息超时
ARP是即插即用的
节点自己创建ARP的表项
无需网络管理员的干预
编址：路由到其他LAN
Walkthrough :发送数据报：由A通过R到B， 假设A知道B的IP地址
在R上有两个ARP表，分别对应两个LAN
在源主机的路由表中，发现到目标主机的下一跳时111.111.111.110
在源主机的ARP表中，发现其MAC地址是E6-E9-00-17-BB-4B, etc
蓝色为帧，绿色为帧的数据
A创建数据报，源IP地址：A；目标IP地址：B
A创建一个链路层的帧，目标MAC地址是R，该帧包含A 到B的IP数据报
帧从A发送到R
帧被R接收到，从中提取出IP分组，交给上层IP协议实 体
IP dest: 222.222.222.222， R转发数据报，数据报源IP地址为A，目标IP地址为B
R创建一个链路层的帧，目标MAC地址为B，帧中包含 A 到B的IP 数据报
Ethernet
以太网
以太网网卡模型：
目前最主流的LAN技术：98%占有率
廉价：30元RMB 100Mbps！
最早广泛应用的LAN技术
比令牌网和ATM网络简单、廉价
带宽不断提升：10M, 100M, 1G, 10G
以太网：物理拓扑
总线：在上个世纪90年代中期很流行
所有节点在一个碰撞域内，一次只允许一个节点发送
可靠性差，如果介质破损，截面形成信号的反射，发送节点误认为 是冲突，总是冲突
星型：目前最主流
连接选择: hub 或者 switch
现在一般是交换机在中心
每个节点以及相连的交换机端口使用（独立的）以太网协议（不会 和其他节点的发送产生碰撞）
以太帧结构
发送方适配器在以太网帧中封装IP数据报， 或其他网络层协议数据单元
前导码:
7B 10101010 + 1B 10101011
用来同步接收方和发送方的时钟速率
使得接收方将自己的时钟调到发送端的时钟
从而可以按照发送端的时钟来接收所发送的帧
地址：6字节源MAC地址，目标MAC地址
如：帧目标地址=本站MAC地址，或是广播地址， 接收，递交帧中的数据到网络层
否则，适配器忽略该帧
类型：指出高层协(大多情况下是IP，但也支 持其它网络层协议Novell IPX和AppleTalk)
CRC：在接收方校验
如果没有通过校验，丢弃错误帧
以太网：无连接、不可靠的服务
无连接：帧传输前，发送方和接收方之间****没有握手
不可靠：接收方适配器不发送ACKs或NAKs给发送 方
递交给网络层的数据报流可能有gap
如上层使用像传输层TCP协议这样的rdt，gap会被补上(源主机，TCP实体)
否则，应用层就会看到gap
以太网的MAC协议：采用二进制退避的CSMA/CD介质访问控制形式
很多不同的以太网标准
相同的MAC协议（介质访问控制）和帧结构
不同的速率：2 Mbps、10 Mbps 、100 Mbps 、 1Gbps 、 10G bps
不同的物理层标准
不同的物理层媒介：光纤，同轴电缆和双绞线
以太网使用CSMA/CD
没有时隙
NIC如果侦听到其它NIC在 发送就不发送：载波侦听 carrier sense
发送时，适配器当侦听到其 它适配器在发送就放弃对当 前帧的发送，冲突检测 collision detection
冲突后尝试重传，重传 前适配器等待一个随机 时间，随机访问random access
以太网CSMA/CD算法
适配器获取数据报，创建帧
发送前：侦听信道CS
1)闲：开始传送帧
2)忙：一直等到闲再发送
发送过程中，冲突检测CD
1)没有冲突:成功
2)检测到冲突:放弃,之后尝 试重发
发送方适配器检测到冲突， 除放弃外，还发送一个Jam 信号，所有听到冲突的适配 器也是如此 强化冲突：让所有站点都知 道冲突
5.如果放弃，适配器进入指数 退避状态 在第m次失败后，适配器随 机选择一个{0，1，2， ， 2^m-1}中K，等待K*512位时 ，然后转到步骤2
exponential backoff 二进制指数退避算法
指数退避 目标：适配器试图适应当前 负载，在一个变化的碰撞窗 口中随机选择时间点尝试重 发
高负载：重传窗口时间大， 减少冲突，但等待时间长
低负载：使得各站点等待时 间少，但冲突概率大
CSMA/CD的效率
10BaseT and 100BaseT
100 Mbps 速率 也被称之为 “fast ethernet”
T代表双绞线
节点连接到HUB上: “star topology”物理上星型
逻辑上总线型，盒中总线
节点和HUB间的最大距离是100 m
Hubs 本质上是物理层的中继器:
