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1、计算机网络基础数据链路层计算机网络基础数据链路层第1页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络2课程回顾课程回顾1 1、链路、链路(link)(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。任何其他的交换结点。2 2、数据链路、数据链路(data link)(data link)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。到链路上，就构成了数据链路。3 3、数据链路
2、层传输的数据单位是、数据链路层传输的数据单位是()()。4 4、误码率、误码率 在二进制电平传输时，误码率等于二进制码元在二进制电平传输时，误码率等于二进制码元在传输中被误传的比率，即用接收错误的码元数除在传输中被误传的比率，即用接收错误的码元数除以被传输的码元总数所得的值就是误码率。以被传输的码元总数所得的值就是误码率。第2页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络3课程回顾课程回顾5 5、冗余码的计算。、冗余码的计算。6 6、PPP 协议有三个组成部分协议有三个组成部分 n一个将一个将 IP IP 数据报封装到串行链路的方法。异数据报封装到串行链路的方法。异步和同步步和同步
3、n链路控制协议链路控制协议LCP(Link Control Protocol)LCP(Link Control Protocol)。一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议。路控制协议。n网络控制协议网络控制协议 NCP(Network Control NCP(Network Control Protocol)Protocol)。一套网络控制协议，其中的每一。一套网络控制协议，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。个协议支持不同的网络层协议。7 7、零比特填充、零比特填充第3页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络4课程回顾课
4、程回顾8 8、数据链路层有几大功能。、数据链路层有几大功能。9 9、数据链路层有几种类型的信道。、数据链路层有几种类型的信道。1010、数据链路层要解决的基本问题是什么？、数据链路层要解决的基本问题是什么？第4页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络5课程目标课程目标掌握以下内容：掌握以下内容：1、局域网的定义、拓扑结构。、局域网的定义、拓扑结构。2、适配器的作用。、适配器的作用。3、CSMA/CD协议。协议。4、以太网发送数据使用的编码。、以太网发送数据使用的编码。了解并熟悉以下内容：了解并熟悉以下内容：1、以太网的两个标准。、以太网的两个标准。2、局域网中数据链路层的两个
5、子层。、局域网中数据链路层的两个子层。第5页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络63.3 使用广播信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层1 1、局域网的定义、局域网的定义 局域网是一个通信系统，它允许很多彼此独立局域网是一个通信系统，它允许很多彼此独立的计算机在适当的区域内，以适当的传输速率直接的计算机在适当的区域内，以适当的传输速率直接进行沟通的数据通信系统。进行沟通的数据通信系统。2 2、局域网的特点、局域网的特点(1)(1)覆盖的地理范围和站点数有限。覆盖的地理范围和站点数有限。(2)(2)具有较小的时延和较低的误码率。具有较小的时延和较低的误码率。(3)(3)各站
6、点之间形成平等的关系而不是主从关系。各站点之间形成平等的关系而不是主从关系。(4)(4)能进行广播或多播。能进行广播或多播。第6页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络73.3 使用广播信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层3 3、局域网的发展、局域网的发展(1)1974(1)1974年年IBMIBM公布公布SNASNA（系统网络结构）。（系统网络结构）。(2)1975(2)1975年年XeroxXerox公司首先开发总线型局域网。公司首先开发总线型局域网。(3)1980(3)1980年年9 9月，月，DECDEC、IntelIntel、XeroxXerox联合提出了联合提
7、出了10Mbps10Mbps以太网规约，以太网规约，19821982年修改为第二版，即年修改为第二版，即DIX DIX Ethernet V2Ethernet V2。(4)90(4)90年代，网络发展的方向是：结构上开放、标年代，网络发展的方向是：结构上开放、标准化，功能上多样化，互联环境复杂化，产品多厂准化，功能上多样化，互联环境复杂化，产品多厂商兼容。商兼容。第7页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络83.3 使用广播信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层4 4、局域网技术的、局域网技术的三个要素三个要素：(1)(1)拓扑结构：总线型、星型、环型、树型拓扑结构：总线型
8、、星型、环型、树型(2)(2)传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤(3)(3)介质访问控制协议介质访问控制协议n拟解决问题拟解决问题n该哪个节点发送？该哪个节点发送？n发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？n出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？n目标目标n按协议实现信道共享按协议实现信道共享第8页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络93.3.1 局域网的数据链路层局域网的数据链路层 n局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。且地理范围和站点数目均有限。n局域网具有如下的
9、一些主要优点：局域网具有如下的一些主要优点：n具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。各种硬件和软件资源。n便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。可灵活调整和改变。n提高了系统的可靠性、可用性和生存性。提高了系统的可靠性、可用性和生存性。第9页，本讲稿共59页局域网的拓扑局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网第10页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络
10、11媒体共享技术媒体共享技术n静态划分信道静态划分信道n频分复用频分复用n时分复用时分复用n统计时分复用统计时分复用n波分复用波分复用n码分复用码分复用 由于静态划分信道的方法代价高，所以在局域由于静态划分信道的方法代价高，所以在局域网中很少采用。网中很少采用。第11页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络12n动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）n 随机接入随机接入 所有的用户可随机地发送信息。容易发生所有的用户可随机地发送信息。容易发生冲突。冲突。n 受控接入受控接入 ，如多点线路探询，如多点线路探询(polling)(polling)，或，或轮询。轮
11、询。用户不能随机地发送信息，必须服从一定用户不能随机地发送信息，必须服从一定的控制。以令牌环局域网为代表。的控制。以令牌环局域网为代表。第12页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络131、以太网的两个标准、以太网的两个标准 nDIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。（以太网）的规约。nIEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标准。标准。nDIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 标准与标准与 IEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标准标准只有
12、很小的差别，因此可以将只有很小的差别，因此可以将 802.3 802.3 局域网简局域网简称为称为“以太网以太网”。n严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合 DIX DIX Ethernet V2 Ethernet V2 标准的局域网标准的局域网 第13页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络14数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层 n为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：层：n逻辑链路控制逻辑链路控制 L
13、LCLLC(Logical Link Control)(Logical Link Control)子层子层n媒体接入控制媒体接入控制 MACMAC(Medium Access (Medium Access Control)Control)子层。子层。第14页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络15数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层 n与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在 MACMAC子层。子层。nLLC LLC 子层则与传输媒体无关。子层则与传输媒体无关。n不管采用何种传输媒体，局域网对不管采用何种传输媒体，局域网对 LLC LLC 子层来
14、子层来说都是透明的说都是透明的 第15页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络16局域网对局域网对 LLC 子层子层是透明的是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网第16页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络17各层的功能各层的功能 物理层的主要功能：物理层的主要功能：信号的编码与译码信号的编码与译码为进行同步用的前同步码的产生与去除为进行同步用的前同步码的产生与去除比特的传输与接收比特的传输与接收第17页，本讲稿共59
15、页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络18各层的功能各层的功能 MAC MAC 子层的主要功能子层的主要功能将上一层交下来的数据封装成将上一层交下来的数据封装成“帧帧”进行发送，进行发送，接收时进行相反的过程接收时进行相反的过程实现和维护实现和维护MACMAC协议协议比特差错检测比特差错检测寻址寻址第18页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络19各层的功能各层的功能 LLCLLC子层的主要功能子层的主要功能建立和释放数据链路层的逻辑连接建立和释放数据链路层的逻辑连接提供与高层的接口提供与高层的接口差错控制差错控制给帧加序号给帧加序号与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控
16、制与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLCLLC子层。子层。第19页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络20LLC LLC 子层界面服务原语子层界面服务原语n服务原语的定义：在定义一层向其高层提供服务服务原语的定义：在定义一层向其高层提供服务时，所使用的形式化服务规范语言称为服务原语。时，所使用的形式化服务规范语言称为服务原语。n用途：服务规范用服务原语的形式给出说明，服用途：服务规范用服务原语的形式给出说明，服务原语可看成带参数的命令或过程。务原语可看成带参数的命令或过程。第20页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络21LLC LLC 子层界面服
17、务原语子层界面服务原语n调用方法：用抽象的方法表示调用方法：用抽象的方法表示LLCLLC子层和网际层。子层和网际层。MACMAC与与LLCLLC、MACMAC与与PHYPHY之间通过服务访问点接口传之间通过服务访问点接口传输信息。输信息。n指示原语是服务提供者向服务用户表示某种状态指示原语是服务提供者向服务用户表示某种状态服务。服务。n请求原语是服务用户向服务提供者请求指定的服请求原语是服务用户向服务提供者请求指定的服务。务。第21页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络22LLCLLC与与MACMAC的区别的区别高层数据LLC首部 LLC数据 MAC首部 MAC数据 MAC
18、尾部 网络层及以上用户数据LLC子层 LLCPDUMAC子层 MAC 帧第22页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络23以后一般不考虑以后一般不考虑 LLC 子层子层 n由于由于 TCP/IP TCP/IP 体系经常使用的局域网是体系经常使用的局域网是 DIX DIX Ethernet V2 Ethernet V2 而不是而不是 802.3 802.3 标准中的几种局域标准中的几种局域网，因此现在网，因此现在 802 802 委员会制定的逻辑链路控制委员会制定的逻辑链路控制子层子层 LLCLLC（即（即 802.2 802.2 标准）的作用已经不大了。标准）的作用已经不大了
19、。n很多厂商生产的适配器上就仅装有很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC MAC 协议而协议而没有没有 LLC LLC 协议。协议。第23页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络242.适配器的作用适配器的作用 n网络接口板又称为通信适配器网络接口板又称为通信适配器(adapter)(adapter)或网络或网络接口卡接口卡 NIC(Network Interface Card)NIC(Network Interface Card)，或，或“网卡网卡”。n适配器的重要功能适配器的重要功能：n串行串行/并行转换；并行转换；n提供数据缓存能力；提供数据缓存能力；n控制数据传送的能
20、力；控制数据传送的能力；n实现以太网协议。实现以太网协议。第24页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络25计算机通过适配器计算机通过适配器和局域网进行通信和局域网进行通信 硬件地址至局域网适配器（网卡）串行通信CPU 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信第25页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络26 在了解了局域网中的层次及其关系后，我们来在了解了局域网中的层次及其关系后，我们来讨论一个问题：讨论一个问题：在局域网中在局域网中【以总线型为例以总线型为例】，站点发送数据，站点发送数据是否会出现冲突？如
21、果出现了冲突怎么办？是否会出现冲突？如果出现了冲突怎么办？总线网总线网A AB BC CD D第26页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络27n最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。为总线上没有有源器件。3.3.2 CSMA/CD 协议协议 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 发送的数据第27页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算
22、机网络28以太网的广播方式发送以太网的广播方式发送 n总线上的每一个工作的计算机都能检测到总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B B 发发送的数据信号。送的数据信号。n由于只有计算机由于只有计算机 D D 的地址与数据帧首部写入的的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有地址一致，因此只有 D D 才接收这个数据帧。才接收这个数据帧。n其他所有的计算机（其他所有的计算机（A,C A,C 和和 E E）都检测到不是）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。不能够收下来。n具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。具有广播特性的
23、总线上实现了一对一的通信。n我们从网络上接收数据时为什么只有你接收到了我们从网络上接收数据时为什么只有你接收到了？第28页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络29为了通信的简便为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施以太网采取了两种重要的措施 n采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。建立连接就可以直接发送数据。n以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。对方发回确认。n这样做的理由是局域网信道的质量很好，因这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产
24、生差错的概率是很小的。信道质量产生差错的概率是很小的。第29页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络30以太网提供的服务以太网提供的服务 n以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。力的交付。n当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。n如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数
25、据帧来发送。新的数据帧来发送。第30页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络31以太网发送的数据都使用以太网发送的数据都使用曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编码编码 基带数字信号曼彻斯特编码 码元1111100000出现电平转换第31页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络32以太网发送的数据都使用以太网发送的数据都使用曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编码编码 第32页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络33以太网发送的数据都使用以太网发送的数据都使用曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编码编码 曼彻斯特编码（曼彻斯特
26、编码（Manchester EncodingManchester Encoding），），也叫做相位编码也叫做相位编码(PE)(PE)；常用于局域网传输。在曼；常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号。但在不同的跳变既作时钟信号，又作数据信号。但在不同的书籍中，曼彻斯特编码中，电平跳动表示的值的书籍中，曼彻斯特编码中，电平跳动表示的值不同，这里产生很多歧义：不同，这里产生很多歧义：1 1、在网络工程师考试以及与其相关的资料中：、在网络工程师考试以及与其相关的资料中：位中间电平从高到低跳变表示位中间
27、电平从高到低跳变表示00；位中间电平从低到高跳变表示位中间电平从低到高跳变表示11。第33页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络34以太网发送的数据都使用以太网发送的数据都使用曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编码编码2 2、在一些、在一些计算机网络计算机网络书籍中：书籍中：位中间电平从高到低跳变表示位中间电平从高到低跳变表示“1 1”；位中间电平从低到高跳变表示位中间电平从低到高跳变表示“0 0”。在清华大学出版的在清华大学出版的计算机通信与网络教程计算机通信与网络教程计算机网络（第计算机网络（第4 4版）版）也是这么说的，就也是这么说的，就以此为标准，我们就叫这为
28、标准曼彻斯编码。至以此为标准，我们就叫这为标准曼彻斯编码。至于第一种，我们在这里就叫它曼彻斯特编码。于第一种，我们在这里就叫它曼彻斯特编码。第34页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络35以太网发送的数据都使用以太网发送的数据都使用曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编码编码 差分曼彻斯特编码：差分曼彻斯特编码：在信号位开始时不改变信号极性，表示逻辑在信号位开始时不改变信号极性，表示逻辑1 1 在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑0 0；第35页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络36 介质访问控制协议是什么？如何
29、工作的？介质访问控制协议是什么？如何工作的？总线网总线网第36页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络37载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测 CSMA/CD nCSMA/CD CSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Multiple Carrier Sense Multiple Access with Collision DetectionAccess with Collision Detection。n“多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。式连接在一根总线上。n“载波监听载波监听”是指每
30、一个站在发送数据之前先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，以免发生据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。碰撞。n总线上并没有什么总线上并没有什么“载波载波”。因此，。因此，“载波载波监听监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。计算机发送的数据信号。第37页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络38碰撞检测碰撞检测n“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
31、上的信号电压大小。n当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。号电压摆动值将会增大（互相叠加）。n当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。送数据，表明产生了碰撞。n所谓所谓“碰撞碰撞”就是发生了冲突。因此就是发生了冲突。因此“碰撞检测碰撞检测”也称为也称为“冲突检测冲突检测”。第38页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络39检测到碰撞后检测到碰撞后n在发
32、生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重在发生碰撞时，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。的失真，无法从中恢复出有用的信息来。n每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出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。网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。第39页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络40电磁波在总线上的电磁波在总线上的有限传播速率的影响有限传播速率的影响 n当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并当某个站监听到总线是空闲时
33、，也可能总线并非真正是空闲的。非真正是空闲的。nA A 向向 B B 发出的信息，要经过一定的时间后才能发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到传送到 B B。nB B 若在若在 A A 发送的信息到达发送的信息到达 B B 之前发送自己的之前发送自己的帧帧(因为这时因为这时 B B 的载波监听检测不到的载波监听检测不到 A A 所发送所发送的信息的信息)，则必然要在某个时间和，则必然要在某个时间和 A A 发送的帧发送的帧发生碰撞。发生碰撞。n碰撞的结果是两个帧都变得无用。碰撞的结果是两个帧都变得无用。第40页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络41CSMA/CD的流程图
34、的流程图媒体忙？媒体忙？发送帧发送帧碰撞？碰撞？发送完？发送完？发送发送JamJamN16?N16?YesYesNoNoNoNoYesYes发送成功发送成功YesYes发送失败发送失败NoNo延迟随机时间延迟随机时间NoNoYesYes发送帧发送帧碰撞次数碰撞次数N+N+第41页，本讲稿共59页1 kmABt碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0传播时延对载波监听的影响 【tao】-单程端到端的时延单程端到端的时延 【deltadelta】-在在0和和 之间之间第42页，本讲稿共59页1 kmABt碰撞t=B 检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2
35、 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=ABABAB t=0 A 检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B 检测到发生碰撞停止发送STOPt=2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 第43页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络44重要特性重要特性n使用使用 CSMA/CD CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。n每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。遭遇碰撞的可
36、能性。n这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均通信量使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。远小于以太网的最高数据率。第44页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络45争用期争用期n最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间时间 2 2 就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 2 称为称为争用期争用期，或，或碰碰撞窗口撞窗口。n经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯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
37、会发生碰撞。定这次发送不会发生碰撞。n发生碰撞之后，应该如何处理呢？发生碰撞之后，应该如何处理呢？第45页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络46二进制指数类型退避算法二进制指数类型退避算法(truncated binary exponential type)n发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。一个随机时间才能再发送数据。n确定基本退避时间，一般是取为争用期确定基本退避时间，一般是取为争用期 2 2。n定义重传次数定义重传次数 k k ，k k 1010，即，即 k k=Min=Min重传次数
38、重传次数,10,10n从整数集合从整数集合0,1,0,1,(2,(2k k 1)1)中随机地取出一中随机地取出一个数，记为个数，记为 r r。重传所需的时延就是。重传所需的时延就是 r r 倍的倍的基本退避时间。基本退避时间。n当重传达当重传达 16 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。向高层报告。第46页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络47争用期的长度争用期的长度 n以太网取以太网取 51.2 s 为争用期的长度。为争用期的长度。n对于对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送以太网，在争用期内可发送512 bit，即，即 6
39、4 字节。字节。n以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。突，则后续的数据就不会发生冲突。第47页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络48最短有效帧长最短有效帧长 n如果发生冲突，就一定是在发送的前如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之字节之内。内。n由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于送出去的数据一定小于 64 字节。字节。n以太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度字节，凡长度小于小于 64
40、 字节的帧都是由于冲突而异常中止的字节的帧都是由于冲突而异常中止的无无效帧效帧。n如果某用户要发送的数据构成帧后，其长度小于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？字节，是否该用户就不能发送数据了呢？第48页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络49强化碰撞强化碰撞 n当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：n立即停止发送数据；立即停止发送数据；n再继续发送再继续发送3232比特或比特或4848比特的人为干扰信号比特的人为干扰信号(jamming signal)(jamming signal)，以便让所
41、有用户都知道现，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。在已经发生了碰撞。第49页，本讲稿共59页数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。第50页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络51信道占用时间信道占用时间从上图可知从上图可知nA站从发送数据开始到发现碰撞并停止发送的时站从发送数据开始到发现碰撞并停止发送的时间间隔是间间隔是TB。nA站得知碰撞已经发生时所发送的强化碰撞的干站得知碰撞
42、已经发生时所发送的强化碰撞的干扰信号的持续时间是扰信号的持续时间是TJ。n发生碰撞使发生碰撞使A浪费时间浪费时间TB+TJ。n整个信道被占用的时间是整个信道被占用的时间是TB+TJ+。以太网规定帧间最小间隔为以太网规定帧间最小间隔为9.6us，相当于，相当于96比特时间。比特时间。第51页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络52CSMA/CD协议的要点协议的要点1 1、适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的、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，放入适配器的缓存首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送。中，准备发送。2 2、若适配
43、器检测到信道空闲，就发送该帧。若检、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测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲（加上（加上9696比特时间），然后发送这个帧。比特时间），然后发送这个帧。第52页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络53CSMA/CD协议的要点协议的要点3 3、在发送过程中继续检测信道，若一直未检测到、在发送过程中继续检测信道，若一直未检测到碰撞，就顺利地把这个帧成功发送完毕。若检测碰撞，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，并发送人为干扰信到碰撞，则中止数据的发送，并发送人为干扰信号。号。
44、4 4、在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，、在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待等待r r倍倍512512比特的时间后，返回到步骤比特的时间后，返回到步骤2 2。第53页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络54补充补充CSMA/CD协议的要点协议的要点1 1、作用、作用 载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测CSMA/CDCSMA/CD是为防止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。各计算机工作而设计的协议。2 2、要点、要点n多点接入：就是说明这是总线型网络，许多计
45、算多点接入：就是说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实质是质是“载波监听载波监听”和和“碰撞检测碰撞检测”。n载波监听：是指每一个站在发送数据之前先要检载波监听：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，则暂时不发送数据，以免发生碰撞。有，则暂时不发送数据，以免发生碰撞。第54页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络55补充补充CSMA/CD协议的要点协议的要点碰撞检测：就是计算机边发送数据边检测信道上碰撞检测：就是计
46、算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。的信号电压大小。当信号电压摆动值超过一定的门限值时，就表当信号电压摆动值超过一定的门限值时，就表明产生了明产生了“碰撞碰撞”，即发生了，即发生了“冲突冲突”。一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送，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。然后等待一段随机时间后再次发送。3 3、CSMA/CDCSMA/CD的重要特性的重要特性(1)(1)在使用在使用CSMA/CDCSMA/CD协议时，只能进行半双工通信。协议时，只能进行半双工通信。(2)(2)每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，每一个站在自己发送数据之后的一小段
47、时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。存在着遭遇碰撞的可能性。第55页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络56补充补充CSMA/CD协议的要点协议的要点(3)(3)因为只要发生碰撞就要推迟重传，因此，以太因为只要发生碰撞就要推迟重传，因此，以太网不能保证一定在某一时间之内能够将自己的数据网不能保证一定在某一时间之内能够将自己的数据帧成功地发送出去，即以太网存在发送的不确定性。帧成功地发送出去，即以太网存在发送的不确定性。如果要减小碰撞的概率，必须使整个以太网的如果要减小碰撞的概率，必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。平均通信量远小于以太网的最高数据率。第56页，
48、本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络571 1、局域网的定义、局域网的定义、拓扑结构拓扑结构。2 2、以太网的两个标准。、以太网的两个标准。3 3、局域网中数据链路层的两个子层。、局域网中数据链路层的两个子层。4 4、适配器的作用。、适配器的作用。5 5、CSMA/CDCSMA/CD协议协议。6 6、以太网发送数据使用的编码。、以太网发送数据使用的编码。课程总结课程总结第57页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络581 1、集线器的工作原理。、集线器的工作原理。2 2、以太网的信道利用率。、以太网的信道利用率。3 3、以太网的、以太网的MACMAC层。层。4 4、以太网的、以太网的MACMAC帧格式。帧格式。5 5、数据帧的类型。、数据帧的类型。第第8 8集预告集预告第58页，本讲稿共59页计算机学院计算机学院计算机网络计算机网络59只要开始，只要开始，永远不晚；永远不晚；只要进步，只要进步，总有空间。总有空间。寄寄 语语第59页，本讲稿共59页