2016.6.20 計算機網絡復習要點第三章之CSMA/CD協議


1.最早的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上:

(1)總線的特點是:當一台計算機發送數據時,總線上的所有計算機都檢測到這個數據,這種就是廣播通信方式;

(2)為了實現在總線上的一對一通信,可以使每一台計算機的適配器擁有一個與其他適配器都不同的地址,當數據幀中的目的地址與適配器ROM中存放的硬件地址一致時,該適配器才能接收到這個數據幀;

(3)人們通常把局域網上的計算機稱為“主機”,“工作站”,“站點”或“站”

 

2.以太網為了通信方便采取的措施:

(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送數據,適配器對發送的數據幀不進行編號,也不要求對方發回確認。

**以太網提供的服務是盡最大努力的交付,即不可靠的交付;

**對有差錯幀是否需要重傳則由高層來決定,但以太網並不知道這個重傳幀,而是當做新的數據幀來發送;

**總線上只要有一台計算機在發送數據,總線的傳輸資源就會被占用,在同一時間只能允許一台計算機發送數據;

**以太網采用的解決沖突的方法是:CSMA/CD,載波監聽多點接入/碰撞檢測

 

(2)以太網發送的數據都是使用曼徹斯特編碼的信號。

**二進制基帶數字信號通常就是高,低電壓交替出現的信號;

**曼徹斯特編碼:1是“前高后低”,而0是“前第后高”;

**曼徹斯特編碼的缺點是,它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍(因為每秒傳送的碼元加倍了);

 

3.CSMA/CD協議的要點:

(1)“多點接入”:就是說明這是總線型網絡,許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。協議的實質是“載波監聽”和“碰撞檢測”;

(2)“載波監聽”:檢測信道;不管在發送前,還是在發送中,每個站都必須不停地檢測信道。

**在發送前檢測信道,是為了獲得發送權,如果檢測出已經有其他站在發送,則自己就暫時不許發送數據,必須等到信道變為空閑時才能發送;

**在發送中檢測信道,是為了及時發現有沒有其他站的發送和本站發送的碰撞;

(3)“碰撞檢測”:邊發送邊監聽;

**即適配器邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓的變化情況,以便判斷自己在發送數據時其他站是否也在發送數據;

**當幾個站同時在總線上發送數據時,總線上的信號電壓變化幅度將會增大(相互疊加),當適配器檢測到的信號電壓變化幅度超過一定的門限值時,就認為總線上至少有兩個站同時在發送數據,表明產生了碰撞;

(4)電磁波在1Km電纜的傳播時延約為5us;

(5)在局域網分析中,常把總線上的單程,端到端傳播時延記為r,A發送數據后最遲要經過多久時間才能知道自己發送的數據和其他站發送的數據有碰撞,這個時間最多為2r(兩倍的總線端到端的傳播時延)

(6)顯然,在使用CSMA/CD協議時,一個站不可能同時進行發送和接收(但必須邊發送邊監聽)。因此,使用CSMA/CD協議的以太網不可能進行全雙工通信而只能進行半雙工通信(雙向交替通信);

(7)每一個站在自己發送數據之后的一小段時間內,存在着遭遇碰撞的可能性,這一小段時間是不確定的,它取決於另一個發送數據的站到本站的距離;

(8)最先發送數據幀的A站,在發送數據幀后至多經過時間2r就可知道所發送的數據幀是否遭受到碰撞;因此,以太網端到端往返時間2r稱為爭用期(碰撞窗口);

**經過爭用期還沒有檢測到碰撞,才能肯定這次發送不會發送碰撞;

(9)以太網采用截斷二進制指數退避算法來確定碰撞后重傳的時機;

**截斷二進制指數退避算法:讓發生碰撞的站停止發送數據后,不是等待信道變為空閑后就,立即,再發送數據,而是推遲(退避)一個隨機的時間

**基本退避時間為爭用期2r,具體的爭用時間是51.2us;

**從離散的整數集合【0,1...,(2k-1)】中隨機取出一個數,記為r。重傳應推后的時間就是r倍的爭用期;

**K為碰撞次數時。K=Min[重傳次數,10],當重傳次數超過10時,K就不在增大而是一直等於10;

**當重傳達16次仍不能成功時,則丟棄該幀,並向高層報告

 

(10)適配器每發送一個新的幀,就要執行一次CSMA/CD算法,適配器對過去發送過的碰撞沒有記憶功能;

(11)為了避免在發送完畢之前沒有檢測出碰撞:

**以太網規定一個最短幀長64字節,即512bit,通過填充使幀長不小於64字節;

**對於10Mb/s以太網,發送512bit的時間需要51.2us,也就是上面提到的爭用期;

**凡是長度小於64字節的幀都是由於沖突而異常中止的無效幀,只要收到了這種無效幀,就應當立即將其丟棄;

 

(12)信號在以太網上傳播1Km大約需要5us,以太網最大的端到端時延必須小於爭用期的一半(即25.6us),這相當於以太網的最大端到端長度約為5Km,實際上以太網覆蓋范圍遠沒有這么大;

 

(13)強化碰撞:就是當發送數據的站一旦發現了碰撞時,除了立即停止發送數據外,還要再繼續發送32比特或48比特的人為干擾信號,以便讓所有用戶都知道現在已經發送了碰撞;

 

(14)CSMA/CD協議的要點歸納:

①准備發送:適配器從網絡層獲得一個分組,加上以太網的首部和尾部,組成以太網幀,放入適配器的緩存中,但在發送之前,必須先檢測信道;

②檢測信道:若檢測到信道忙,則應不停地檢測,一直等待信道轉為空閑。若檢測到信道空閑,並在96比特時間內信道保持空閑,就發送這個幀;

③在發送過程中仍不停地檢測信道,即網絡適配器要邊發送邊監聽,這里只有兩種可能性:

④一是發送成功:在爭用期內一直沒有檢測到碰撞,這個幀肯定能夠發送成功;

⑤二是發送失敗:在爭用期內檢測到碰撞,這是立即停止發送數據,並按照規定發送人為干擾信號;適配器接着就執行指數退避算法,等待r倍512比特時間后,返回步驟2,繼續檢測信道;但若重傳16次還不能成功,則停止重傳而向上報錯;

⑥以太網每發送完一幀,一定要把已發送的幀暫時保留一下。


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