計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊-201409-第4章 局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)(上)

1第4章局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)（上）2目錄4.1局域網(wǎng)概述4.2局域網(wǎng)信道的介質(zhì)訪問控制4.3以太網(wǎng)技術(shù)4.5以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式4.6高速以太網(wǎng)4.8無線局域網(wǎng)4.9廣域網(wǎng)34.1

局域網(wǎng)概述4.1.1局域網(wǎng)定義4.1.2局域網(wǎng)特點(diǎn)4.1.3局域網(wǎng)的4個(gè)技術(shù)特性傳輸介質(zhì)傳輸技術(shù)編碼與調(diào)制、復(fù)用技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?.1.4）:總線、星形、環(huán)形介質(zhì)訪問控制方法44.1

局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)的傳輸技術(shù)——利用傳輸媒體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，可以分為基帶傳輸和寬帶傳輸兩種?；鶐鬏?，即不經(jīng)過調(diào)制，直接將數(shù)字信號(hào)波形加載到傳輸媒體上進(jìn)行傳輸。數(shù)字信號(hào)通常采用經(jīng)過曼徹斯特或差分曼徹斯特編碼的信號(hào)。寬帶傳輸，即將待傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)波形調(diào)制到合適的中心頻率上，寬帶傳輸可以支持信道的頻分復(fù)用和信號(hào)的多路傳輸。局域網(wǎng)中通常采用基帶傳輸技術(shù)。54.1

局域網(wǎng)概述4.1.5局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802與ISO8802美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE是最早從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制訂的機(jī)構(gòu)。于1980年2月成立了802委員會(huì)(又稱802課題組)，專門從事局域網(wǎng)和城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)研究和制訂的機(jī)構(gòu)。802委員會(huì)下設(shè)多個(gè)工作組(802.1～802.12，802.14～802.17，802.20～802.21)，目前部分工作組尚在活躍。6LAN/MAN的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）

——電氣電子工程師學(xué)會(huì)1980年2月成立IEEE802委員會(huì)IEEE802.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)IEEE802.2邏輯鏈路控制協(xié)議IEEE802.3CSMA/CD協(xié)議IEEE802.4令牌總線IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)IEEE802.6城域網(wǎng)IEEE802.7寬帶技術(shù)建議組IEEE802.8光纖技術(shù)建議組IEEE802.9綜合業(yè)務(wù)局域網(wǎng)接口IEEE802.10局域網(wǎng)安全I(xiàn)EEE802.11無線局域網(wǎng)IEEE802.12具有優(yōu)先級(jí)的高速以太網(wǎng)…ISO對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)作了修改，并于1987年作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)重新發(fā)布，其名稱為ISO8802。7局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)單個(gè)局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩個(gè)層次，它相當(dāng)于OSI參考模型中的最低兩層。從局域網(wǎng)通常采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來看，由于節(jié)點(diǎn)間通信無需中間轉(zhuǎn)接，即不存在路由選擇的問題，因此網(wǎng)絡(luò)層可以省略。其他分組尋址、排序、流量差錯(cuò)控制等交數(shù)據(jù)鏈路層完成。

？8為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：LLC(LogicalLinkControl)，MAC(MediumAccessControl)。與接入到傳輸介質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸介質(zhì)無關(guān)局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)（教材P107）9局域網(wǎng)對(duì)LLC子層是不透明的

由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會(huì)制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了；很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議，不考慮LLC子層104.2局域網(wǎng)信道的介質(zhì)訪問控制4.2.1介質(zhì)訪問控制/媒體訪問控制的基本概念——協(xié)調(diào)多個(gè)站點(diǎn)對(duì)共享的傳輸介質(zhì)資源的使用3類介質(zhì)訪問控制方法：基于信道劃分基于隨機(jī)訪問基于輪詢114.2局域網(wǎng)信道的介質(zhì)訪問控制4.2.3基于輪詢?cè)L問的介質(zhì)訪問控制包括令牌環(huán)網(wǎng)、令牌總線訪問控制令牌傳遞在令牌傳遞協(xié)議中，一個(gè)稱為令牌的控制分組來控制了訪問介質(zhì)的權(quán)利。令牌傳遞方式并不僅適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，也可以?yīng)用于其他任何網(wǎng)絡(luò)拓結(jié)構(gòu)，只是在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備編號(hào)最容易實(shí)現(xiàn)。（教材P106）12令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)1.令牌環(huán)（TokenRing）協(xié)議的起源：1969年誕生于貝爾實(shí)驗(yàn)室IEEE802小組將其采納為一種局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式。2.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)形拓?fù)湫盘?hào)流沿單向傳遞（順時(shí)針或逆時(shí)針）13干線耦合器（TCU，TrunkCoupleUnit）工作模式：

(1)偵聽模式（站點(diǎn)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)）(2)發(fā)送模式（站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)）令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)1)14令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)2)干線耦合器——偵聽模式連線方式：（如圖）功能：對(duì)每個(gè)經(jīng)過的bit進(jìn)行位復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)bit，因此每個(gè)bit數(shù)據(jù)位經(jīng)過一個(gè)TCU都需延遲1bit的發(fā)送時(shí)間。

繞環(huán)一周所需時(shí)間＝n×bit時(shí)延＋傳播時(shí)間主要工作：收到的數(shù)據(jù)幀中目標(biāo)地址＝本站地址收到的幀是令牌幀根據(jù)需要修改幀中的某些字段1bit延遲偵聽模式TCU15令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)3)干線耦合器——發(fā)送模式：連接方式：（如圖）連接站點(diǎn)和TCU，同時(shí)截?cái)嗑€路輸入輸出的連接。功能：站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)收到的bit不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，刪除或暫存以備重發(fā)。發(fā)送模式TCU16令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)4)3.介質(zhì)訪問控制方式多點(diǎn)接入式連接 共享介質(zhì)的訪問控制令牌環(huán)協(xié)議：各站點(diǎn)無數(shù)據(jù)傳遞時(shí),各站點(diǎn)處于偵聽狀態(tài),令牌幀在環(huán)路上傳遞。當(dāng)某站有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，必須先截獲令牌，該站點(diǎn)轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)；在THT(TokenHoldingTimer)時(shí)間（令牌持有時(shí)間）發(fā)送數(shù)據(jù)幀，（廣播通信，數(shù)據(jù)幀中需攜帶目標(biāo)地址）；偵聽站點(diǎn)收到數(shù)據(jù)幀后，TCU比較幀中的目標(biāo)地址與本地地址，相符，則將數(shù)據(jù)復(fù)本送交主機(jī)，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，不符，則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，不送交主機(jī)；信息幀轉(zhuǎn)發(fā)一圈后回到源站，源站將數(shù)據(jù)bit流從環(huán)路上刪除；發(fā)送方數(shù)據(jù)發(fā)送完或THT時(shí)間到，則放出一個(gè)令牌，回到偵聽狀態(tài)。

關(guān)鍵問題17令牌輪轉(zhuǎn)時(shí)間：TRT≤活躍站點(diǎn)數(shù)*THT+環(huán)的延遲18令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)5)4.工作性能：任何時(shí)候，環(huán)路上有且僅有一個(gè)幀（令牌幀或數(shù)據(jù)幀）不會(huì)發(fā)生沖突定性分析輕載時(shí)，平均時(shí)延較大重載時(shí)，近似于TDM，信道利用率接近100%19令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)6）5.令牌環(huán)運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題令牌丟失（A站捕獲令牌后即出現(xiàn)故障）數(shù)據(jù)幀無限死循環(huán)（A站發(fā)出數(shù)據(jù)幀之后即故障）數(shù)據(jù)幀丟失（中間線路故障）。。。設(shè)置令牌持有時(shí)間THT、選取一個(gè)監(jiān)控站（教材P111）20令牌環(huán)訪問控制和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)7)IEEE802.3與IEEE802.5比較IEEE802.3IEEE802.5MAC協(xié)議簡(jiǎn)單復(fù)雜加入站點(diǎn)容易困難幀的長(zhǎng)度64-1538B≥0待發(fā)時(shí)延不確定確定連接可靠性可靠容易斷環(huán)性能輕載，時(shí)延=0；重載，接近崩潰輕載，有時(shí)延；重載，信道利用率接近100%優(yōu)先級(jí)無有沖突有無適用場(chǎng)合辦公室工廠實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)214.2.2基于隨機(jī)訪問的介質(zhì)控制協(xié)議1、ALOHA協(xié)議20世紀(jì)70年代用于基于地面的無線廣播通信系統(tǒng)其基本思想適用于任何站點(diǎn)間沒有協(xié)調(diào)關(guān)系的多站點(diǎn)對(duì)于共享信道的使用環(huán)境純ALOHA協(xié)議分槽ALOHA協(xié)議（教材P104）221、ALOHA協(xié)議基本思想：只要一個(gè)站點(diǎn)想要傳輸信息幀，它就把信息幀傳輸出去。（想發(fā)就發(fā)）然后聽一段時(shí)間（發(fā)了再聽）如果在信息來回傳播的最大延遲時(shí)間（兩倍于相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間傳遞信息的時(shí)間〕再加上一小段固定的時(shí)間內(nèi)收到了確認(rèn)，傳輸成功；否則，傳輸站點(diǎn)等待一段隨機(jī)時(shí)間后重發(fā)信息幀。如果在重發(fā)多次仍得不到確認(rèn)，就放棄傳輸。（教材P103）23ALOHA協(xié)議的效率

（沒有發(fā)生沖突的幀的比例是多少？）性能分析采用如下網(wǎng)絡(luò)模型：無限用戶用戶產(chǎn)生的新幀服從泊松分布，平均每幀時(shí)產(chǎn)生S個(gè)新幀，顯然吞吐率應(yīng)該滿足0<S≤1每個(gè)站點(diǎn)每幀時(shí)發(fā)送的幀服從泊松分布,平均每幀時(shí)發(fā)送G個(gè)幀吞吐率S應(yīng)該是負(fù)載G與幀傳送成功的概率，即：S＝GP0。其中P0是發(fā)送的幀不會(huì)發(fā)生沖突的概率。G＝0.5時(shí)，吞吐率S最大，其值為≈0.18

24對(duì)純ALOHA的改進(jìn)：時(shí)隙（Slotted）ALOHA信道上的時(shí)間被分成離散的時(shí)間間隔即時(shí)槽，其大小相當(dāng)于幀的傳輸時(shí)間。所有的站點(diǎn)的時(shí)鐘保持同步。站點(diǎn)只有在時(shí)槽開始時(shí)才能傳輸數(shù)據(jù)。沖突危險(xiǎn)區(qū)比ALOHA降低了一半：只有那些都在同一個(gè)時(shí)槽開始進(jìn)行傳輸?shù)膸庞锌赡軟_突G＝1時(shí)，S有最大值1/e≈0.368252、載波監(jiān)聽多路訪問CSMAALOHA和時(shí)隙ALOHA：任意發(fā)送，不考慮其他站點(diǎn)，沖突可能性高，信道利用率低都沒有利用到局域網(wǎng)的一個(gè)主要特性，那就是與幀的傳輸時(shí)間相比，傳播時(shí)間是很短的：當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送幀后，別的站點(diǎn)馬上就會(huì)知道。（利用這點(diǎn)減少?zèng)_突機(jī)會(huì)）傳播時(shí)延

電磁波在信道中傳播所需要的時(shí)間，與距離和電磁波速度有關(guān)。發(fā)送時(shí)延(傳輸時(shí)延)

發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，與計(jì)算機(jī)發(fā)送速率有關(guān)。如何檢測(cè)傳輸狀態(tài)及沖突？（教材P105）26CSMA協(xié)議：（先聽再發(fā)）想要傳輸?shù)恼军c(diǎn)首先聽一聽介質(zhì)上是否有其他站點(diǎn)在傳輸（載波監(jiān)聽〕如果介質(zhì)忙，它必須等待如果介質(zhì)空閑，則可傳輸兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)還是有可能同時(shí)開始傳輸，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沖突?？紤]到這種情況，發(fā)送站點(diǎn)在發(fā)送完后要等待一段時(shí)間（要把來回傳輸?shù)淖畲髸r(shí)間和發(fā)送確認(rèn)的站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)信道的時(shí)間考慮在內(nèi)）以等待確認(rèn)，如果沒有收到確認(rèn)，發(fā)送站點(diǎn)認(rèn)為發(fā)生了沖突，就重發(fā)該幀。2、載波監(jiān)聽多路訪問CSMA27CSMA協(xié)議當(dāng)發(fā)現(xiàn)介質(zhì)忙時(shí)，站點(diǎn)該怎么辦？三種算法：1-持續(xù)CSMA協(xié)議非持續(xù)CSMA協(xié)議P-持續(xù)CSMA協(xié)議（教材P105）28CSMA協(xié)議（續(xù)1）1-持續(xù)CSMA協(xié)議

基本思想：若介質(zhì)空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第2步。若介質(zhì)忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到檢測(cè)到信道空閑然后立即傳輸。如有沖突，則等待一段隨機(jī)的時(shí)間重復(fù)第1步。缺點(diǎn)：若兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)等待傳輸，肯定沖突。（一直等待監(jiān)聽，直到空閑）（教材P105）一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1發(fā)送）29CSMA協(xié)議（續(xù)2）非持續(xù)CSMA基本思想：若介質(zhì)空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第2步

若介質(zhì)忙，等待一段隨機(jī)的重傳延遲時(shí)間，重復(fù)第1步缺點(diǎn)：如果多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)則會(huì)浪費(fèi)部分信道容量。

（等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間再監(jiān)聽）（教材P105）30CSMA協(xié)議（續(xù)3）P-持續(xù)協(xié)議：若介質(zhì)空閑，以概率P傳輸，以概率(1-P)延遲一個(gè)時(shí)間單位。該時(shí)間單位通常等于最大的傳播延遲的兩倍。若介質(zhì)忙，繼續(xù)監(jiān)聽直到信道空閑并重復(fù)第1步。若傳輸延遲了一個(gè)時(shí)間單位，則重復(fù)第1步。假設(shè)n個(gè)站點(diǎn)有幀要傳輸，而此時(shí)已經(jīng)有一個(gè)幀正在傳輸。在該幀被傳輸完后，將要開始傳輸?shù)恼军c(diǎn)數(shù)=準(zhǔn)備傳輸?shù)恼军c(diǎn)數(shù)*傳輸概率，也就是NP，因此為了保證重負(fù)載下的性能，要求NP<1，這使得在低負(fù)載下的效率非常低下。（教材P105）314.3以太網(wǎng)4.3.1以太網(wǎng)概述（產(chǎn)生、分類、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備布線原則等）4.3.2以太網(wǎng)介質(zhì)訪問協(xié)議CSMA/CD教材P107324.3以太網(wǎng)4.3.1以太網(wǎng)概述局域網(wǎng)的技術(shù)性能主要取決于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸媒體和信道訪問控制方式。以太網(wǎng)是目前使用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)。分類：標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)：早期的10Mbps以太網(wǎng)，使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測(cè)技術(shù))技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上?？焖僖蕴W(wǎng)、吉比特/千兆以太網(wǎng)、10吉比特/萬兆以太網(wǎng)教材P107334.3.1以太網(wǎng)概述由來：總線局域網(wǎng)最初是由美國(guó)施樂(Xerox)公司的PaloAlto研究中心于1975年研制成功的?；鶐鬏敚▊鬏敂?shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)），傳輸速率為2.94Mb/s，以無源電纜作為傳輸媒體，并以傳播電磁波的以太(ether)命名，故有“以太網(wǎng)”之稱。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：1981年，Digital、Intel、Xerox三家公司合作提出了以太網(wǎng)規(guī)約。次年又修改成第二版，即DIXEthernetV2，這是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品的規(guī)約。1983年，美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的802.3工作組于制訂了第一個(gè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3，其數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s。34以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約；IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)。說明：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱為“以太網(wǎng)”；嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。

354.3.1以太網(wǎng)概述(續(xù))以太網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)是總線型的，即把許多計(jì)算機(jī)都連接在一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。

B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻(用來吸收總線上傳播的信號(hào))不接受不接受不接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)接受364.3.1以太網(wǎng)概述(續(xù))以太網(wǎng)采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。由于只有計(jì)算機(jī)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀。其他所有的計(jì)算機(jī)(A,C和E)都檢測(cè)到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。374.3.1以太網(wǎng)概述(續(xù))為了通信的簡(jiǎn)便，以太網(wǎng)采取的兩項(xiàng)重要措施采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。384.3.1以太網(wǎng)概述(續(xù))以太網(wǎng)提供的服務(wù)以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯(cuò)的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。394.3.2以太網(wǎng)工作原理CSMA/CD協(xié)議以太網(wǎng)采用一種協(xié)調(diào)工作機(jī)制，稱為載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)協(xié)議。半雙工方式的介質(zhì)訪問控制協(xié)議對(duì)CSMA協(xié)議的改進(jìn)CSMA中一旦兩個(gè)幀發(fā)生沖突，在壞幀傳輸時(shí)間內(nèi)其他站點(diǎn)都不能傳輸，浪費(fèi)傳播時(shí)間和容量。先聽再發(fā)，邊發(fā)邊聽采用二進(jìn)制指數(shù)避退的1-持續(xù)方式教材P108404.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)協(xié)議“載波監(jiān)聽”指加接在以太網(wǎng)上的每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先要檢測(cè)總線上是否有其他站正在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，就暫時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生沖突(常稱“碰撞”)。“載波監(jiān)聽”只是用來表明檢測(cè)總線上信號(hào)存在與否的一種技術(shù)手段?！岸帱c(diǎn)接入”指計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接到同一根總線上?！皼_突檢測(cè)”指計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)總線上信號(hào)電壓的變化情況。

教材P103414.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)協(xié)議。Q1：如何進(jìn)行沖突檢測(cè)？Q2：沖突的后果？Q3：檢測(cè)到?jīng)_突后怎么辦？Q4：電磁波在總線上的產(chǎn)生沖突的原因：Q5：發(fā)干擾信號(hào)的目的？Q6：最小幀長(zhǎng)如何確定？Q7：如何避免沖突？教材P103424.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))Q1：如何進(jìn)行沖突檢測(cè)？“沖突檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小的變化情況。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大(互相疊加)。當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過一定的門限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了發(fā)送沖突。所謂“沖突”就是信號(hào)發(fā)生了碰撞。因此“沖突檢測(cè)”也稱為“碰撞檢測(cè)”。434.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))Q2：沖突的后果？當(dāng)信號(hào)發(fā)生沖突時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，接收站就無法從中恢復(fù)出有用的信息。Q3：檢測(cè)到?jīng)_突后怎么辦？每一個(gè)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再重新執(zhí)行發(fā)送操作。444.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))Q4：電磁波在總線上的產(chǎn)生沖突的原因：有限的傳播速率454.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))Q4：電磁波在總線上的產(chǎn)生沖突的原因：有限的傳播速率當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí)，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時(shí)間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達(dá)B之前發(fā)送自己的幀(因?yàn)檫@時(shí)B的載波監(jiān)聽檢測(cè)不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個(gè)時(shí)間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。464.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽的影響1kmABt碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=t=0為單程端到端傳播時(shí)延注：電磁波在電纜中的傳播速度只是在自由空間中的65％，即1km長(zhǎng)電纜的傳播時(shí)延約為5s。

47為單程端到端傳播時(shí)延t=

B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞AABABt=0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABBt=B檢測(cè)到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞STOPAB1kmABt碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=t=0484.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))幾點(diǎn)結(jié)論：使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)送和接收，即不能進(jìn)行全雙工通信，而只能進(jìn)行雙向交替通信(半雙工通信)。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，一定存在著遭遇信號(hào)沖突的可能性。這種發(fā)送的不確定性使得整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。494.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))Q5：發(fā)干擾信號(hào)的目的？強(qiáng)化沖突在實(shí)際應(yīng)用中采用的一種措施。當(dāng)發(fā)送幀的站監(jiān)聽到?jīng)_突時(shí)，除了立即停止正常發(fā)送之外，還要繼續(xù)發(fā)送若干比特（通常為32比特或48比特）的人為干擾信號(hào)（jammingsignal），以強(qiáng)化所發(fā)生的沖突，使得所有站都能確知現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了沖突。504.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))CSMA/CD強(qiáng)化沖突的示意圖(B也能檢測(cè)到?jīng)_突，但圖中未繪出B發(fā)送的干擾信號(hào))數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)TJABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測(cè)到?jīng)_突出現(xiàn)沖突信道占用時(shí)間A發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到?jīng)_突514.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))幀必須足夠長(zhǎng)，以使沖突能在幀傳輸完畢前被檢測(cè)到。如果幀太短，沒辦法及時(shí)進(jìn)行沖突檢測(cè)，CSMA/CD就與CSMA協(xié)議沒有什么區(qū)別了。Q6：最小幀長(zhǎng)如何確定？最小幀長(zhǎng)=通信速率×爭(zhēng)用期524.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))爭(zhēng)用期（一個(gè)站點(diǎn)確定沖突發(fā)生需要多長(zhǎng)時(shí)間？）若先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的A站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后最多要經(jīng)過時(shí)間2(考慮最壞情況，信號(hào)在相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的雙趟傳播時(shí)間)方可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭遇到?jīng)_突。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2稱為爭(zhēng)用期(contentionperiod)或碰撞窗口。只有經(jīng)過爭(zhēng)用期這段時(shí)間而沒有檢測(cè)到?jīng)_突，才能肯定這次發(fā)送不再會(huì)發(fā)生沖突。爭(zhēng)用期的長(zhǎng)短與發(fā)送速率有關(guān)。以太網(wǎng)IEEE802.3對(duì)10BASE5介質(zhì)的爭(zhēng)用期為51.2s（以太網(wǎng)的短道段試驗(yàn)實(shí)際小于此值，定為51.2s還考慮了其他因素如強(qiáng)化沖突的干擾信號(hào)的持續(xù)時(shí)間等）。最小幀長(zhǎng)=通信速率×爭(zhēng)用期教材P110例534.3.2CSMA/CD協(xié)議(續(xù))Q7：如何避免沖突？當(dāng)檢測(cè)到?jīng)_突之后，通信雙方都要各自延遲一段隨機(jī)的