(9)-3.4共享式以太網(wǎng)及以太網(wǎng)的媒體接入控制協(xié)議

3.4共享式以太網(wǎng)及CSMA/CD協(xié)議

本講要點(diǎn)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議。3.4.1以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是美國(guó)施樂公司于1975年研制成功?；鶐Э偩€局域網(wǎng)，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)率為2.94Mb/s。3.4.1以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)1980年9月，以太網(wǎng)規(guī)約的第一個(gè)版本。1982年又修訂為DIXEthernetV2，是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品的規(guī)約。1983年,IEEE802.3工作組制定了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)率為10Mb/s。

3.4.1以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2。IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)。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)共享式以太網(wǎng)向交換式以太網(wǎng)的發(fā)展以太網(wǎng)目前已從傳統(tǒng)的共享式以太網(wǎng)發(fā)展到交換式以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)率已演進(jìn)到每秒百兆、千兆甚至更高的速率。本講首先介紹傳統(tǒng)總線型以太網(wǎng)。3.4.2CSMA/CD協(xié)議總線型以太網(wǎng)的通信特點(diǎn)：許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上，進(jìn)行廣播式通信?？偩€上一對(duì)一通信的實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信，就需要在幀的首部寫明接收站的地址僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀中的目的地址與適配器中存放的硬件地址一致時(shí)，該適配器才能接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀?？偩€上一對(duì)一通信的實(shí)現(xiàn)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)）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)總線上一對(duì)一通信的實(shí)現(xiàn)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。為了通信的簡(jiǎn)便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施（1）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。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。以太網(wǎng)采用曼徹斯特編碼（2）以太網(wǎng)采用基帶傳輸，發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼的信號(hào)。接收方可以利用在每一個(gè)比特信號(hào)正中間的電平跳變，來提取信號(hào)時(shí)鐘頻率，與發(fā)送方保持時(shí)鐘同步。以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼

基帶數(shù)字信號(hào)曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)的媒體接入控制技術(shù)如何協(xié)調(diào)總線上的各計(jì)算機(jī)的工作，使它們能夠合理而方便的共享通信媒體資源，是最需要解決的問題。以太網(wǎng)采用的協(xié)調(diào)方法是使用一種特殊的協(xié)議CSMA/CD，這個(gè)協(xié)議的中文名稱是載波監(jiān)聽多址接入/碰撞檢測(cè)。載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CD“多點(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測(cè)一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞?？偩€上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測(cè)總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。碰撞檢測(cè)“碰撞檢測(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。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)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測(cè)”也稱為“沖突檢測(cè)”。檢測(cè)到碰撞后采取的措施在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。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)間后再次發(fā)送。強(qiáng)化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)

TJ人為干擾信號(hào)ABTBt

B發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測(cè)到?jīng)_突開始沖突信道占用時(shí)間A發(fā)送數(shù)據(jù)因此，碰撞后采取的措施：立即停止發(fā)送，強(qiáng)化碰撞，隨機(jī)等待一段時(shí)間后重發(fā)。碰撞后采取的措施：思考：既然每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前已經(jīng)監(jiān)聽到信道為“空閑”，那為什還會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)在總線上的碰撞呢？電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當(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。1kmABt碰撞t=

B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞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=

ABABABt=0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=

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STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為

傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽的影響爭(zhēng)用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時(shí)間2

（兩倍的端到端往返時(shí)延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2

稱為爭(zhēng)用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。以太網(wǎng)對(duì)站點(diǎn)數(shù)和總線長(zhǎng)度的限制在以太網(wǎng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)越多，端到端往返傳播時(shí)延越大，那么發(fā)生碰撞的概率就越大。以太網(wǎng)不能連接太多的站點(diǎn)，使用的總線也不能太長(zhǎng)。爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度以太網(wǎng)取51.2

s為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。其總線長(zhǎng)度，不能超過2500m。二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法發(fā)生碰撞的站點(diǎn)不能在信道變?yōu)榭臻e后就立即再發(fā)送數(shù)據(jù)，它必須等待一段隨機(jī)時(shí)間之后才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期2

。定義重傳次數(shù)k

，k

10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)延就是r倍的基本退避時(shí)間。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。

動(dòng)態(tài)退避使用上述退避算法，可以使重傳需要推遲的平均時(shí)間隨重傳次數(shù)而增大。我們把這種方式也稱為是動(dòng)態(tài)退避。這樣做，可以減小發(fā)生碰撞的概率，有利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。CSMA/CD協(xié)議的要點(diǎn)歸納（1）適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個(gè)分組。加上以太網(wǎng)的首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放入適配器的緩存中，準(zhǔn)備發(fā)送。（2）若適配器檢測(cè)到信道空閑96比特時(shí)間，就發(fā)送這個(gè)幀。若檢測(cè)到信道忙，則繼續(xù)檢測(cè)并等待信道轉(zhuǎn)為空閑96比特后，然后發(fā)送這個(gè)幀。C