計算機網絡——CSMA/CD協議

局域網的數據鏈路層

局域網的特點是網絡爲一個單位所擁有,且地理和站點數目均有限
局域網的優點:
(1)具有廣播功能,從一個站點可以很方便地訪問全網,局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源
(2)便於系統的擴展和逐漸地演變,各設備的位置可靈活調整和改變
(3)提高了系統的可靠性、可用性和生存性。
共享信道要着重考慮的一個問題就是如何使衆多用戶能夠合理而方便地共享通信媒體資源。
(1)靜態劃分信道,用戶只要分配到了信道就不會和其他用戶發生衝突。但代價較高。
(2)動態接入控制,又稱爲多點接入,其特點是信道並非在用戶通信時固定分配給用戶。
隨機接入 所有的用戶可以隨機地發送信息。如果恰巧又兩個或者更多的用戶在同一時刻發送消息,那麼在共享媒體上就會產生碰撞。
受控接入 用戶不能隨機地發送信息而必須服從一定的控制。

IEEE 802委員會把局域網的數據鏈路層拆分成兩個子層,即邏輯鏈路控制LLC媒體接入控制MAC兩個子層。與接入到傳輸媒體有關的內容都放在MAC子層,而LLC子層與傳輸媒體無關,不管採用何種傳輸媒體和MAC子層的局域網對LLC子層來說都是透明的。

CSMA/CD協議

總線的特點是:當一臺計算機發送數據時,總線上的所有計算機都能檢測到這個數據。這種就是廣播通信方式。爲了在總線上實現一對一的通信,可以使每一臺計算機的適配器擁有一個與其他適配器都不同的地址。在發送數據楨時,在幀的首部寫明接收站的地址。僅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,該適配器才能接收這個數據幀。(由此可以通過網卡的混合模式來做網絡嗅探)。
爲了通信的簡便,以太網採取了以下兩種措施:
1)採用較爲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,也不需要對方回發確認。這樣做可以使以太網工作起來非常簡單。所以以太網提供的服務是盡最大努力的交付,即不可靠服務
對有差錯重傳則由高層來決定,但以太網並不知道這是重傳幀,而是當作新的數據幀來傳送。

2)以太網發送的數據都使用曼徹斯特編碼信號。

CSMA/CD協議要點:
多點接入 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”。
載波監聽 就是監聽信道,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,是爲了獲得發送權。在發送中檢測信道,是爲了及時發現有沒有其他站的發送和本站發送的碰撞。
碰撞檢測 適配器邊發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)
由於電磁波在1km電纜的傳播時延爲5us因此,A向B發送的數據,在約5us後才能傳送到B。
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。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
每個站在自己發送數據之後的一小段時間內,存在着遭遇碰撞的可能性。因此以太網不能保證某一段時間之內一定把自己的數據幀成功地發送出去。
最先發送數據幀的A站,在發送數據幀後至多經過時間2t就可以知道所發送的數據幀是否遭受了碰撞。因此這個時間段稱爲爭用期。爭用期又稱爲碰撞窗口,經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞,才能肯定這次發送不會發生碰撞。
以太網使用截斷二進制指數退避算法來確定碰撞後重傳的時機。
以太網規定了最短幀長度爲64字節,即512bit。如果要發送的數據非常少,那麼必須加入一些填充字節,使幀長不小於64字節。對於10Mb/s,發送512bit的時間需要51.2us,也就是上面提到的爭用期。
由此可見,以太網在發送數據時,如果在爭用期沒有發生碰撞,那麼後續發送的數據就一定不會發生衝突。如果發生碰撞,就一定是在發送前64字節之內。
因此 凡長度小於64字節的幀都是由於衝突而一場中止的無效幀
以太網還規定了幀間最小間隔爲9.6us相當於96比特時間。

CSMA/CD協議的要點如下:
(1)準備發送: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,放入適配器的環從中。但在發送之前,必須首先檢測信道。
(2)檢測信道:若檢測到信道忙,則不停地檢測,一直等待信道轉爲空閒。若檢測到信道空閒,並在96比特時間內信道保持空閒(保證幀間最小間隔),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邊監聽。

以太網的MAC層

1.MAC層的硬件地址
在局域網中,硬件地址又稱爲物理地址或者MAC地址。在所有計算機系統的設計中,標識系統都是一個核心問題。在標識系統中,地址就是爲識別某個系統的一個非常重要的標識符。
名字指出我們所要尋找的那個資源,地址指出那個資源在何處,路由告訴我們如何到達該處。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章