2016.6.20 電腦網路複習要點第三章之CSMA/CD協議

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1.最早的乙太網路是將許多電腦都串連到一根匯流排上：

（1）匯流排的特點是：當一台電腦發送資料時，匯流排上的所有電腦都檢測到這個資料，這種就是廣播通訊方式；

（2）為了實現在匯流排上的一對一通訊，可以使每一台電腦的適配器擁有一個與其他適配器都不同的地址，當資料幀中的目的地址與適配器ROM中存放的硬體地址一致時，該適配器才能接收到這個資料幀；

（3）人們通常把區域網路上的電腦稱為“主機”，“工作站”，“網站”或“站”

 

2.乙太網路為了通訊方便採取的措施：

（1）採用較為靈活的不需連線的工作方式，即不必先建立串連就可以直接發送資料，適配器對發送的資料幀不進行編號，也不要求對方發回確認。

**乙太網路提供的服務是盡最大努力的交付，即不可靠的交付；

**對有差錯幀是否需要重傳則由高層來決定，但乙太網路並不知道這個重傳幀，而是當做新的資料幀來發送；

**匯流排上只要有一台電腦在發送資料，匯流排的傳輸資源就會被佔用，在同一時間只能允許一台電腦發送資料；

**乙太網路採用的解決衝突的方法是：CSMA/CD，載波監聽多點接入/碰撞檢測

 

（2）乙太網路發送的資料都是使用曼徹斯特編碼的訊號。

**二進位基帶數字訊號通常就是高，低電壓交替出現的訊號；

**曼徹斯特編碼:1是“前高後低”，而0是“前第後高”；

**曼徹斯特編碼的缺點是，它所佔的頻頻寬度比原始的基帶訊號增加了一倍（因為每秒傳送的碼元加倍了）；

 

3.CSMA/CD協議的要點：

（1）“多點接入”：就是說明這是匯流排型網路，許多電腦以多點接入的方式串連在一根匯流排上。協議的實質是“載波監聽”和“碰撞檢測”；

（2）“載波監聽”：檢測通道；不管在發送前，還是在發送中，每個站都必須不停地檢測通道。

**在發送前檢測通道，是為了獲得發送權，如果檢測出已經有其他站在發送，則自己就暫時不許發送資料，必須等到通道變為空白閑時才能發送；

**在發送中檢測通道，是為了及時發現有沒有其他站的發送和本站發送的碰撞；

（3）“碰撞檢測”：邊發送邊監聽；

**即適配器邊發送資料邊檢測通道上的訊號電壓的變化情況，以便判斷自己在發送資料時其他站是否也在發送資料；

**當幾個站同時在匯流排上發送資料時，匯流排上的訊號電壓變化幅度將會增大（相互疊加），當適配器檢測到的訊號電壓變化幅度超過一定的門限值時，就認為匯流排上至少有兩個站同時在發送資料，表明產生了碰撞；

（4）電磁波在1Km電纜的傳播時延約為5us；

（5）在區域網路分析中，常把匯流排上的單程，端到端傳播時延記為r，A發送資料後最遲要經過多久時間才能知道自己發送的資料和其他站發送的資料有碰撞，這個時間最多為2r（兩倍的匯流排端到端的傳播時延）

（6）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（但必須邊發送邊監聽）。因此，使用CSMA/CD協議的乙太網路不可能進行全雙工系統通訊而只能進行半雙工通訊（雙向交替通訊）；

（7）每一個站在自己發送資料之後的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性，這一小段時間是不確定的，它取決於另一個發送資料的站到本站的距離；

（8）最先發送資料幀的A站，在發送資料幀後至多經過時間2r就可知道所發送的資料幀是否遭受到碰撞；因此，乙太網路端到端往返時間2r稱為爭用期（碰撞視窗）；

**經過爭用期還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發送碰撞；

（9）乙太網路採用截斷二進位指數退避演算法來確定碰撞後重傳的時機；

**截斷二進位指數退避演算法：讓發生碰撞的站停止發送資料後，不是等待通道變為空白閑後就，立即，再發送資料，而是延遲（退避）一個隨機的時間

**基本退避時間為爭用期2r，具體的爭用時間是51.2us；

**從離散的整數集合【0,1...，（2k-1）】中隨機取出一個數，記為r。重傳應推後的時間就是r倍的爭用期；

**K為碰撞次數時。K=Min[重傳次數，10]，當重傳次數超過10時，K就不在增大而是一直等於10；

**當重傳達16次仍不能成功時，則丟棄該幀，並向高層報告

 

（10）適配器每發送一個新的幀，就要執行一次CSMA/CD演算法，適配器對過去發送過的碰撞沒有記憶功能；

（11）為了避免在發送完畢之前沒有檢測出碰撞：

**乙太網路規定一個最短幀長64位元組，即512bit，通過填充使幀長不小於64位元組；

**對於10Mb/s乙太網路，發送512bit的時間需要51.2us，也就是上面提到的爭用期；

**凡是長度小於64位元組的幀都是由於衝突而異常中止的無效幀，只要收到了這種無效幀，就應當立即將其丟棄；

 

（12）訊號在乙太網路上傳播1Km大約需要5us，乙太網路最大的端到端時延必須小於爭用期的一半（即25.6us），這相當於乙太網路的最大端到端長度約為5Km，實際上乙太網路覆蓋範圍遠沒有這麼大；

 

（13）強化碰撞：就是當發送資料的站一旦發現了碰撞時，除了立即停止發送資料外，還要再繼續發送32位元或48位元的人為幹擾訊號，以便讓所有使用者都知道現在已經發送了碰撞；

 

（14）CSMA/CD協議的要點歸納：

①準備發送：適配器從網路層獲得一個分組，加上乙太網路的首部和尾部，組成乙太網路幀，放入適配器的緩衝中，但在發送之前，必須先檢測通道；

②檢測通道：若檢測到通道忙，則應不停地檢測，一直等待通道轉為空白閑。若檢測到通道空閑，並在96位元時間內通道保持空閑，就發送這個幀；

③在發送過程中仍不停地檢測通道，即網路介面卡要邊發送邊監聽，這裡只有兩種可能性：

④一是發送成功：在爭用期內一直沒有檢測到碰撞，這個幀肯定能夠發送成功；

⑤二是發送失敗：在爭用期內檢測到碰撞，這是立即停止發送資料，並按照規定發送人為幹擾訊號；適配器接著就執行指數退避演算法，等待r倍512位元時間後，返回步驟2，繼續檢測通道；但若重傳16次還不能成功，則停止重傳而向上報錯；

⑥乙太網路每發送完一幀，一定要把已發送的幀暫時保留一下。

2016.6.20 電腦網路複習要點第三章之CSMA/CD協議