《(4.8)--zaw数链层（8CSMACD 协议）计算机网络.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(4.8)--zaw数链层（8CSMACD 协议）计算机网络.ppt（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、计算机网络计算机网络(第第7 7版版)3.4.3CSMA/CD3.4.3CSMA/CD协议协议CSMA/CDCSMA/CD：带有碰撞检测的载波侦听多路访问：带有碰撞检测的载波侦听多路访问(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)计算机网络计算机网络(第第7 7版版)CSMA/CDCSMA/CD协议协议l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上。易于实现广播通信易于实现广播通信。在当时看来这样
2、。在当时看来这样的连接的连接方法既简单又方法既简单又可靠。可靠。BB向所有站点向所有站点发送数据发送数据CCDDAAEE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配电阻B B接受接受接受接受接受接受接受接受计算机网络计算机网络(第第7 7版版)CSMA/CDCSMA/CD协议协议l为了实现为了实现一对一一对一通信通信，将接收站的硬件，将接收站的硬件地址写入地址写入帧首部中的帧首部中的目的地址目的地址字段中。仅当数据帧中的目字段中。仅当数据帧中的目的地址与的地址与适配器的适配器的硬件地址一致时硬件地址一致时，才能，才能接收这接收这个个数据帧。数据帧。BB向
3、向 D D发送数据发送数据CCDDAAEE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配电阻B B接受接受不接受不接受不接受不接受不接受不接受只有只有 DD接受接受BB发送的数据发送的数据计算机网络计算机网络(第第7 7版版)CSMA/CDCSMA/CD协议协议l总线总线也有也有缺点缺点。若。若多台计算机或多个站点同时发多台计算机或多个站点同时发送时，会产生发送碰撞或冲突，导致发送失败送时，会产生发送碰撞或冲突，导致发送失败。BB向向 D D发送数据发送数据CCDDAAEE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配
4、电阻B BE E 向向 A A发送数据发送数据计算机网络计算机网络(第第7 7版版)为了通信的简便，以太网采取了两种重要的为了通信的简便，以太网采取了两种重要的措施措施：(1)(1)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)(Manchester)编码编码以太网采取了两种重要的以太网采取了两种重要的措施措施曼彻斯特曼彻斯特1 11 11 11 11 10 00 00 00 00 0比特比特流流差分曼彻斯特差分曼彻斯特曼彻斯特编码缺点是：它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。曼彻斯特编码缺点是：它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。计算机网络
5、计算机网络(第第7 7版版)(2)(2)采用较为灵活的采用较为灵活的无连接的工作无连接的工作方式方式l不必不必先和对方建立先和对方建立连接就可以直接发送数据连接就可以直接发送数据。l对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认确认。l这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的质量产生差错的概率是很小的。以太网采取了两种重要的以太网采取了两种重要的措施措施计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l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
6、。力的交付。l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。他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。差错的纠正由高层来决定。l高层高层发现丢失了一些发现丢失了一些数据会发起重传数据会发起重传，但以太网，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送数据帧来发送。无连接的以太网无连接的以太网提供提供的是不可靠的服务的是不可靠的服务计算机网络计算机网络(第第7 7版版)BB向向 DD发送数据。能发送吗？发送数据。能发送吗？如何避免与其它站的发送产生碰撞？如何避免与其它站的发送产生碰撞？使用这
7、种方法吧：使用这种方法吧：CSMA/CDCSMA/CD！CCDDAAEE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配电阻B B不建立连接就发送数据，如何不建立连接就发送数据，如何避免同时避免同时发送产生的碰撞？发送产生的碰撞？采用采用 CSMA/CDCSMA/CD计算机网络计算机网络(第第7 7版版)lCSMA/CDCSMA/CD含义：含义：载波监听载波监听多路访问多路访问/碰撞检测碰撞检测(Carrier(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)SenseMultipleAccesswithCo
8、llisionDetection)。l“多路访问多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。根总线上。l“载波侦听载波侦听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下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。要发送数据，以免发生碰撞。即即“先听后发先听后发”。CSMA/CDCSMA/CD协议协议计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l“碰撞检测碰撞检测”就是计算机就是计算机边发送数据边检测信道上的信号边发送数据边检测信道上的信
9、号电压大小电压大小。也即。也即“边发边听边发边听”。l当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆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）。动值将会增大（互相叠加）。l当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，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送数据，表明产生了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。碰撞。l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”。碰撞检测碰撞检测计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l在发生碰
10、撞时，总线上传输的信号产生了严重的在发生碰撞时，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失真，无法从中恢复出有用的信息来。l每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要了碰撞，就要立即停止发送立即停止发送，免得继续浪费网络，免得继续浪费网络资源，然后资源，然后等待一段随机时间等待一段随机时间后再次发送后再次发送。即。即“冲突停止、随机延迟后重新发送冲突停止、随机延迟后重新发送”检测到碰撞后检测到碰撞后计算机网络计算机网络(第第7 7版版)CSMA/CDCSMA/CD协议工作流程协议工作流程准备发送准备发送侦听到侦听到载波？
11、载波？开始开始发送，发送，同时进行碰撞检测同时进行碰撞检测检测到检测到碰撞？碰撞？发送，直到完毕发送，直到完毕载波侦听载波侦听停止发送停止发送等待随机时间等待随机时间是，信道忙是，信道忙是是否否否否计算机网络计算机网络(第第7 7版版)为什么要进行碰撞检测为什么要进行碰撞检测？因为信号因为信号传播时延对载波传播时延对载波监听产生了影响监听产生了影响1km1kmA AB Bt t碰撞碰撞t t=2=2 AA检测到发检测到发生碰撞生碰撞tt=BB发送数据发送数据BB检测到检测到发生碰撞发生碰撞tt=t t=0=0单程端到端单程端到端传播时延记传播时延记为为 AA最多要最多要单程传播时延的单程传播时
12、延的 22倍的时间倍的时间，才能，才能检测到与检测到与 BB的发送产生了冲突的发送产生了冲突计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l最先发送数据帧的站，在发送数据帧后最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多至多经过时间经过时间 2 2 （两倍的端到端往返时延）两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞遭受了碰撞。l以太网的以太网的端到端往返端到端往返时延时延 2 2 称为称为争用期争用期，或，或碰撞窗口碰撞窗口。l经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次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。发送不会发生碰撞。争用期争用期计
13、算机网络计算机网络(第第7 7版版)l发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间随机时间才能再发送数据。才能再发送数据。1.1.基本退避时间取为争用期基本退避时间取为争用期 2 2 。2.2.从整数集合从整数集合 0,1,(0,1,(2 2kk-1-1)中中随机随机地取出一个数，地取出一个数，记为记为 r r。重传所需的时延就是。重传所需的时延就是 r r倍的基本退避倍的基本退避时间，也时间，也就是就是r r倍倍的的2 2 。3.3.参数参数 k k 按下面的公式计算：按下面的公式计算：kk=Min=Min重传次数重传次数,10,1
14、04.4.当当 k k1010时，参数时，参数 kk等于重传次数。等于重传次数。5.5.当重传达当重传达 1616次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。报告。二进制指数类型退避二进制指数类型退避算法算法(truncatedbinaryexponentialtype)truncatedbinaryexponentialtype)计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l例如：例如：第第 11次冲突重传时：次冲突重传时：kk=1=1，r r为为 00，11集合中的任何一个数。集合中的任何一个数。第第 22次次冲突重传冲突重传时：时：kk=2=2，r r为为 0 0
15、，1 1，2 2，33集合中的任何一个数。集合中的任何一个数。第第 33次次冲突重传冲突重传时：时：kk=3=3，r r 为为 00，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，77集合中的集合中的任何一任何一个数。个数。二进制指数类型退避二进制指数类型退避算法算法(truncatedbinaryexponentialtype)truncatedbinaryexponentialtype)计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l10Mbit/s10Mbit/s以太网取以太网取 51.251.2 s s为争用期的长度。为争用期的长度。l对于对于 10Mbit/s10Mbit/s以太网，在争用
16、期内可发送以太网，在争用期内可发送 512bit512bit，即，即 6464字节。字节。10Mbit/s10Mbit/s以太网争用以太网争用期的期的长度长度这意味着：这意味着：以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前 6464字节没有发生冲突，则后续字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。的数据就不会发生冲突。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l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 6464字节之内字节之内。l由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去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的数据一定小于 6464字节
17、。字节。l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 6464字节，凡长度小于字节，凡长度小于 6464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效帧无效帧。最短有效帧最短有效帧长长计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l在在 1010Mbit/sMbit/s以太网以太网 51.2s51.2s的的争用期内，信号能传输争用期内，信号能传输多远的距离多远的距离？l以太网以太网上上最大的端到最大的端到端端单程时延单程时延必须小于争用期的必须小于争用期的一半一半（即（即 25.6s25.6s），由电磁波），由电磁波在在1km1km电缆中的传播时延为电缆中的传播时延为5
18、5ss，因此以太网，因此以太网的最大端到端长度约的最大端到端长度约为为 55kmkm。l一般的局域网都达不到这么大。一般的局域网都达不到这么大。覆盖范围覆盖范围计算机网络计算机网络(第第7 7版版)冲突加强：人为干扰信号冲突加强：人为干扰信号注意：注意：BB也能够也能够检测到冲突，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。这里这里为了简单起见，只画出为了简单起见，只画出 AA发送干扰信号的情况发送干扰信号的情况。这叫这叫“冲突加强冲突加强”，以确保所有主机都知晓刚才是冲突之后的废弃帧。，以确保所有主机都知晓刚才是冲突之后的废弃帧。数据帧数据帧
19、干扰信号干扰信号 TJABTBt 信信道道占占用用时时间间BB发送数据发送数据AA发送数据发送数据AA检测检测到冲突到冲突开始冲突开始冲突计算机网络计算机网络(第第7 7版版)帧间最小帧间最小间隔间隔l帧间帧间最小间隔最小间隔为为 9.69.6 s s，相当于，相当于 96bit96bit的发送时间的发送时间。l一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.69.6 s s才能才能再次发送数据再次发送数据。l这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。清理，做好接收下一帧的准备。
20、计算机网络计算机网络(第第7 7版版)CSMA/CDCSMA/CD协议的要点协议的要点准备发送准备发送侦听到载波侦听到载波？96bit96bit时间内仍然空闲，开始发送，时间内仍然空闲，开始发送，同时进行碰撞检测同时进行碰撞检测检测到碰撞？检测到碰撞？发送，直到完毕发送，直到完毕载波侦听，检测信道载波侦听，检测信道停止发送停止发送数据数据等待随机时间等待随机时间截断二进制指数算法截断二进制指数算法是，信道忙是，信道忙是，发送失败是，发送失败否否否否发送人为干扰信号发送人为干扰信号计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l使用使用 CSMA/CDCSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而协议的
21、以太网不能进行全双工通信而只能只能进行双向交替通信（半双工通信）进行双向交替通信（半双工通信）。l每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞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的可能性。l 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远小于以使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率太网的最高数据率。CSMA/CDCSMA/CD协议的重要协议的重要特性特性计算机网络计算机网络(第第7 7版版)以太网以太网的信道的信道利用率利用率l多个站在以太网上同时工作就可能会发生碰撞多个站在以太网上同时工作就可能会发生碰撞。l当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪费了。因此，当扣当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪费了。因此，当扣除碰撞所造成的信道损失后，除碰撞所造成的信道损失后，以太网总的信道利用率并不以太网总的信道利用率并不能达到能达到 100%100%。l据统计，当以太网的利用率达到据统计，当以太网的利用率达到 30%30%时就已经处于重载时就已经处于重载的情况。很多的网络容量被网上的碰撞消耗掉了。的情况。很多的网络容量被网上的碰撞消耗掉了。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)3.4.43.4.4以太网的以太网的 MACMAC层层重点介绍：重点介绍：l1.MAC1.MAC层的硬件地址层的硬件地址l2.MAC2.MAC帧的格式帧的格式