计算机网络 10教材.ppt

n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 ，因为总线上没有有源器件 3. 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 载波监听多点接入/碰撞检 测CSMA/CD nCSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection n“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 n“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 n n这主要是受到时延的影响 1 km AB t 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 单程端到端 传播时延记为 碰撞检测 n“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道 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 n所谓“碰撞”就是发生了冲突因此“碰撞检测” 也称为“冲突检测” 检测到碰撞后 n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 n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 电磁波在总线上的 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 总线并非真正是空闲的 nA 向 B 发出的信息，要经过一定的时间 后才能传送到 B nB 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自 己的帧(因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必然要在某个时间 和 A 发送的帧发生碰撞 n碰撞的结果是两个帧都变得无用 1 km AB t 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 单程端到端 传播时延记为 1 km AB t 碰撞 t =    B 检测到信道空闲 发送数据 t =    / 2 发生碰撞 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 =  A B AB AB t = 0 A 检测到 信道空闲 发送数据 AB t = 0 t =  B 检测到发生碰撞 停止发送 STOP t = 2   A 检测到 发生碰撞 STOP A B 单程端到端 传播时延记为 4.争用期 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至 多经过时间 2 （两倍的端到端往返时延） 就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。

以太网的端到端往返时延 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 重要特性 n使用 CSMA/CD 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） n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 n这种发送的不确定性使整个以太网的平均 通信量小于以太网的最高数据率 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）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 2 n定义重传次数 k ，k  10，即 k = Min[重传次数, 10] n从整数集合[0,1,…, (2k 1)]中随机地取出一个 数，记为 r重传所需的时延就是 r 倍的基本 退避时间 n当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并 向高层报告 退避算法举例 n在第1次重传时，k=1，r=0或r=1因此 重传的站可选择的重传推迟时间为0或 n2，在这两个时间中随机选择一个如 再发生碰撞，则进行第2次重传， k=2， r=0，1，2，3。

因此可选择的重传推迟 时间为0，2，4，6 中随机选择一个 争用期的长度 n以太网取 51.2 s 为争用期的长度 n对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送 512 bit，即 64 字节 n以太网（10 Mb/s）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 n 最短有效帧长 n如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字 节之内 n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 64 字节 n以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡 长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常 中止的无效帧 强化碰撞 n当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时， 除了立即停止发送数据外，还要再继续发 送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经 发生了碰撞 数据帧 干扰信号  TJ 人为干扰信号 AB TB t  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。

4.2.2 传统以太网的连接方 法 n传统以太网可使用的传输媒体有四种： n铜缆（粗缆或细缆） n铜线（双绞线） n光缆 n这样，以太网就有四种不同的物理层 10BASE5 粗缆 10BASE2 细缆 10BASE-T 双绞线 10BASE-F 光缆 以太网媒体接入控制 MAC 铜缆或铜线连接到以太网 的示意图 主机箱主机箱主机箱 双绞线 集线器 BNC T 型接头 收发器电缆 网卡 插入式 分接头 MAU MDI 保护外层外导体屏蔽层 内导体 收发器 DB-15 连接器 BNC 连接器 插口 RJ-45 插头 以太网的最大作用距离 250 m 750 m 500 m 500 m 500 m 50 m 50 m 50 m 网段 1 转发器 网段 2 网段 3 转发器 转发器转发器 n铜缆又分为粗缆和细缆两种 n由于采用铜缆的以太网有 n难于铺设； n造价高； n系统稳定性差； n等缺点，现在的以太网已经很少采用了 星形网 10BASE-T n不用电缆而使用无屏蔽双绞线每个站需要 用两对双绞线，分别用于发送和接收 n在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高 的设备，叫做集线器(hub)。

n集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这 样的硬件设备的可靠性已大大提高了 以太网在局域网中的统治地 位 n10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线 器的距离不超过 100 m n这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的 出现，既降低了成本，又提高了可靠性 n10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网 发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以 太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基 础 集线器的一些特点 n集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作 ，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运 行 n使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网， 各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻 辑上的总线在一个特定时间里至多只有一台计 算机能够发送数据 n集线器很像一个多端口的转发器（如下图） n集线器工作在物理层它的每一个端口都可发送 和接收数据，但它再没有其它功能 具有三个端口的集线器 集 线 器 网卡 工作站 网卡 工作站 网卡 工作站 双绞线 。