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1、计算机网络课程 教师：许向阳 2012.10,三个 IF?,IF:下周计算机网络课程考试.IF：CSMA/CD?I dont know.IF：本节课时间，你神游四方.,在局域网中，站点发送数据是否会出现冲突？如果出现了冲突怎么办？,A,B,C,D,最初的以太网是总线结构,3.3.2 CSMA/CD 协议,B向 D发送数据,C,D,A,E,匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）,匹配电阻,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有 D 接受B 发送的数据,以太网的广播方式发送,总线上的每台计算机都能检测到 B 发送的数据信号 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这
2、个数据帧。其他所有的计算机（A,C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。,载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD,CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。解释：“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据；如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。,碰 撞 检 测,“碰撞检测”即：边发送数据、边检测信道上的信号电压大小。当几
3、个站同时发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）；当检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为至少有两个站在同时发送，产生碰撞。,检测到碰撞后,发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。,电磁波有限传播速率对侦听的影响,注意：当某个站监听到总线是空闲时，可能并非线路上是真正空闲的。Why,1 km,A,B,t,t=0,单程端到端传播时延记为,传播时延对载波监听的影响,t=B 检测到信道空闲发送数据,t=/2发生碰撞,A,B
4、,A,B,t=0 A 检测到信道空闲发送数据,A,B,A,B,1 km,A,B,t,t=0,单程端到端传播时延记为,重要特性,1)以太网中,不能进行全双工通信,而只能半双工通信;2)发送数据后的一小段时间内，存在着碰撞的可能性；3)不确定性,使整网的平均通信量远小于最高数据率。,争 用 期 2,最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。发生碰撞之后，应该如何处理呢？,二进制指数类型 退避算法,基本思路：发生碰撞的站在停止发送数据后，要推
5、迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。1）确定基本退避时间，一般是取为争用期 22）定义正整数k，k 10，从整数集合0,1,(2k 1)中随机地取出一个数，记为 r，那么：重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间 r*23）当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告,争用期的长度,规定：10 Mb/s以太网 取 51.2 s 为争用期的长度理由：在争用期内，可发送512 bit，即 64 字节。效果：确保以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。,最短有效帧长,规定：1)最短有效帧长为 64 字节,2)帧间最小间隔96 s,又称96比特时间 因
6、此：凡接收到长度小于 64 字节的帧，必定是因冲突而异常中止的 无效帧。问题：如果某用户要发送的数据构成帧后，其长度小于64字节，是否该用户就不能发送数据了呢？,以太网的数据帧结构图,强 化 碰 撞,当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：1）立即停止发送数据；2）再继续发送32比特或48比特的人为干扰信号，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。,人为干扰信号,A,B,t,A 检测到冲突,信道占用时间,信道占用时间,A站从发送数据开始到发现碰撞并停止发送的时间间隔是TB A站得知碰撞已经发生时所发送的强化碰撞的干扰信号的持续时间是TJ发生碰撞使A浪费时间TB+TJ整个信道被占用的时间是TB+TJ
7、+,以太网的信道利用率,一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 使得信道上无信号在传播)时为止，是发送一帧所需的平均时间。,发 送 成 功,争用期,争用期,争用期,2,T0,t,占用期,发生碰撞,发送一帧所需的平均时间,2,2,定义参 数 是端到端时延，T0 是帧的发送时间,讨论：1）要提高以太网的信道利用率，就必须减小 与T0 之比。2)a0 表示一发生碰撞就立即可检测出,并立即停止发送，因而信道利用率很高。3)a 越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。,对以太网参数的要求,当数据率一定时
8、，以太网的连线的长度受到限制，否则 的数值会太大。以太网的帧长不能太短，否则 T0 的值会太小，使 a 值太大。,理想化状态下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞，发送一帧占用线路的时间是 T0+，而帧本身的发送时间是 T0，那么，极限信道利用率 S max 为：,信道利用率的最大值 Smax,(3-3),CSMA/CD协议的四个步骤,1、适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送。2、若适配器检测到信道空闲，就发送该帧。若检测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲（加上96比特时间），然后发送这个帧。,3、在发送过程中继续检测信道，若一直
9、未检测到碰撞，就顺利地把这个帧成功发送完毕。若检测到碰撞，则中止数据的发送，并发送人为干扰信号。4、在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待r倍512比特的时间后，返回到步骤2,CSMA/CD协议的四个步骤,CSMA/CD协议的算法流程图,回顾 CSMA/CD 协议,1、作用 CSMA/CD 是为防止连接在总线上的各站点之间发生冲突，协调总线上各计算机工作而设计的协议。2、要点多点接入：许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。载波监听：每一个站发送数据之前先检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，若有，则暂时不发送数据，以免碰撞。,回顾 CSMA/CD 协议,碰撞检测：计算机边发送数
10、据边检测信道上的信号电压大小 当信号电压摆动值超过一定的门限值时，就表明产生了“碰撞”，即发生了“冲突”。一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送，然后等待一段随机时间后再次发送。,回顾 CSMA/CD 协议,3、CSMA/CD的重要特性 1)在使用CSMA/CD协议时，只能进行半双工通信 2)每站发送数据后的一小段时间内，均可能遭遇碰撞 3)以太网存在发送的不确定性，即：可能发送不成功 4）若要减小碰撞的概率，须使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。,3.4.3 以太网的 MAC 层,MAC 层的硬件地址 硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。注意：这个“地址”只是每一个站的“名字”或标识符 著名文献：“名字”指出我们需要寻找的那个资源，“地址”指出那个资源在何处，“路由”告诉我们如何到达该处！,48 位的 MAC 地址,IEEE 的注册管理机构 负责向厂家分配地址字段的前三个字节（高24位）地址字段中的后三个字节（低24位）由厂家自行指派，保证生产出的适配器没有重复地址“MAC地址”实际上就是适配器标识符EUI-48,只要开始，永远不晚；只要进步，总有空间。,谢希仁：寄 语,长郡中学高三励志格言,不比智力-比努力！不比起点-比终点！,
