CH3-L6-CSMA-CD-协议和以太网

大学计算机基础金可音欢迎学生使用计算机与通信学院SchoolofComputerandCommunication计算机网络原理计算机网络原理第6讲CSMA/CD协议和以太网【第3章数据链路层（第2讲）】计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院上讲小结（快速提问1）上讲的重点是什么？计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院上讲要点复习（快速提问2）什么是数据链路什么是点对点信道什么是广播信道数据链路层的3个主要功能什么是帧循环冗余效验码的作用循环冗余效验码的计算方法什么是透明传输，如何解决PPP协议的作用PPP帧有哪些控制信息LCP协议的作用计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院第6讲：以太网和CSMA-CD协议（第3章第2讲）1局域网基础2.CSMA/CD协议（重点、难点）(§3.3)2.1CSMA/CD概要2.2冲突检测2.3截断型二进制指数退避算法2.4强化冲突3使用广播信道的共享以太网(§3.4)3.1使用集线器的星形拓扑(§3.4.1)3.2以太网的信道利用率(§3.4.2)4以太网的MAC层(§3.4.3)4.1MAC层的硬件地址4.2MAC帧的格式计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院本讲预习情况检查（快速提问3）什么是局域网局域网的特点什么是以太网局域网的数据链路层的特点CSMA/CD协议的主要作用CSMA/CD协议的要点为什么要冲突检测冲突时如何处理什么是以太网争用期，如何计算指数退避算法的实质是什么集线器的作用什么是MAC地址借鉴PPP的帧格式，理解以太网MAC层计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院1.局域网基础（§3.3.1）局域网最主要的特点：地理范围较小，站点数目较少网络(含通信子网)为一个单位所拥有技术特点通信子网的专有主要采用广播信道（共享信道）发展的主流：以太网技术计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院局域网1975，2.94Mbps以太网1979，10Mbps以太网1982，IEEE组建工作组(802委员会)制定局域网标准1984，4M的令牌总线网(802.4)1985，16M的令牌环网(802.5)当时的优势：16M；结构化布线；双绞线1988，100MFDDI当时的优势：100M、光纤、双环(可靠)；不足：贵1990’初，ATM(异步传输模式)网，155M计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院主流：以太网技术1968，夏威夷(Hawaiian)大学校园网ALOHA系统用于无线通信；随机争用技术1972，施乐(Xerox)公司PARC研究所开始实验网的研究；CSMA协议；1973.5.22，第一个个人机网络ALTOALOHA开始运行1975，Xerox公司推出以太网，2.94Mbps，1km，100台，CSMA/CD协议1979，Xerox公司以太网（Ethernet）产品，10M1980，DEC、Intel与Xerox宣布DIXEthernetV1.0规范；1982，DEC、Intel与Xerox宣布DIXEthernetV2.0规范；计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院发展主流：以太网技术（续）1983：802.3IEEE802参照以太网技术标准建立的以太网国际标准，两者基本兼容。不同速度、不同介质上的CSMA/CD局域网的MAC层和物理层标准如，IEEE10BASE5(10M,500米)1990：802.3i/10Base-T标准,结构化布线＋双绞线，使以太网性价比大大提高；1990：10M交换以太网1992：100M快速以太网1997：1000M（吉比特以太网：1Gb/s）目前，万兆（10Gb/s）高速以太网计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院(2)局域网的拓扑（简单了解）总线（以太网）、环形都采用广播信道：一个站发送数据，信号传播到其它所有站点干线耦合器总线网树形网环形网交换机星形网计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院(3)局域网特点和优点局域网最主要的特点是：网络(含通信子网)为一个单位所拥有地理范围较小，站点数目较少主要采用广播信道局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网各设备的位置可灵活调整，便于系统的扩展和演变系统的可靠性、可用性和残存性较高计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院(4)802标准（简单了解）1982,IEEE组建工作组(802委员会)制定局域网标准广播信道的局域网的数据链路层比较复杂如何共享信道802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层：媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。•与接入到传输媒体有关的内容•制定了多个MAC层标准：802.3、803.4、802.5、…逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层：•与传输媒体及其访问方法无关各种局域网有相同的LLC层•802.2计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院802标准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2计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院802标准及LLC子层逐步被淘汰现在LLC（即802.2标准）的作用已经不大802.4(令牌总线)，802.5(令牌环)逐步被淘汰DIXEthernetV2以太网成为主流很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。以后一般不考虑LLC子层计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院(5)以太网早期，以太网是将许多计算机连接到一根总线上，没有有源器件（当初认为这样的连接方法既简单又可靠）特点广播信道的总线拓扑分布式争用信道的介质访问控制协议（CSMA/CD协议）总线网计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院以太网两个标准（二者差别很小）DIXEthernetV2IEEE的802.3标准。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网可以将802.3局域网简称为“以太网”。计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院(6)广播信道的访问控制（冲突）问题如何在广播特性的总线上实现了一对一的通信例：B发送给DB向D发送数据CDAE不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据总线上每一台计算机都能检测到B发送的信号。只有计算机D的地址与数据帧首部的目的地址一致，因此只有D才接收这个数据帧。其他计算机（A,C和E）检测地址后都丢弃这个帧。计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院冲突问题同一时刻若有二台以上计算机发送＝》信号互相干扰（冲突，Collision，碰撞）＝》此次传输失败。CDAEB核心问题：广播信道的访问控制＝信道共享技术＝信道分配策略＝介质访问控制广播信道上任二点都相邻＝》数据链路层问题计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院媒体共享技术静态划分信道（第二章：信道复用）频分复用、时分复用将信道划分为多个逻辑子信道，分别固定地分配给多对站点；个人计算机通信的突发性，静态划分信道效率低动态媒体接入控制（多点接入:multipleaccess）仅当某站点有数据发送时，才分配信道；动态时分，复杂受控接入，复杂，如：•集中式的探询(polling)，或轮询•分散式的令牌环随机接入，如，CSMA/CD（以太网的方法）计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院2.CSMA/CD协议（重点、难点）(§3.3)计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院2.1CSMA/CD概要CSMA/CD=CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection=载波监听多点接入/冲突检测是随机访问算法－争用型协议发展想发就发，冲突重发＝》ALOHAALOHA＋载波检测＝》CSMA载波检测：发送前，先监听信道，信道空才发CSMA＋冲突检测＝》CSMA/CD冲突检测：发送时，边发边测。以太网采用CSMA/CA协议计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院CSMA/CA协议基本思想(重点)基本思想，CSMA/CD的工作原理可概括成四句话，即：先听后说，边说边听，冲突停止，随机延迟后重发载波监听：先听再说•发送前先监听总线上是否有信号如果有，则停止发送数据(避免冲突)，同时继续监听，直至发现信道空闲时，发送数据.冲突检测：边说边听•边发送，边检测，是否与别人发送冲突，若冲突，立即停止发送，随机延迟后再去“载波监听”计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院2.2冲突检测为什么有了载波监听（先听再说），还要冲突检测（边说边听）即，为什么测到信道闲再发送，仍会冲突？原因：电磁波传播需要时间，而监听只能测到本站接入点的信号。当某个站监听到总线是空闲时，总线不一定是空闲的。计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院测到信道闲再发送，仍然冲突，情况一t0时，当C站发送完毕，A站和B站都测得信道空闲，都立即发送数据，结果导致了冲突。时间t0CBA用户计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院测到信道闲再发送，仍然冲突,情况二原因：电磁波传播需要时间，而监听只能测到本站接入点的信号。当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非是空闲的。t0时A开始发送T1=t0十－时B开始发送t0十－/2时发生冲突ABAB－/2设：为信号在最远的二站间的传播时间AB－计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院2时间内可以检测到冲突，t0十－/2时发生冲突/2ABt0十时，B测到冲突，停止发送t0十2－时,A测到冲突停止发送AB冲突信号计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院1kmABt冲突t=2A检测到发生冲突t=B发送数据B检测到发生冲突t=t=0单程端到端传播时延记为教材上的描述方法思考：经过2时间没有检测到冲突，可以肯定这次发送不会发生冲突概念：以太网将2称为争用期(contentionperiod)，或冲突窗口，竞争时间片、时间槽、冲突时间片。计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院争用期的长度理论上，CSMA/CD协议的争用期为2工程上，10M以太网，取51.2s为争用期的长度。在争用期内可发送512bit，即64字节。争用期长度，又称为512位延迟(51.2us)。以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院最短有效帧长10Mb/s以太网，如果监测到发生冲突，一定是在发送的前64字节之内。监测到冲突后立即中止发送，这时已发出的数据少于64个字节。以太网规定：凡是长度小于64字节的帧都认为是由于冲突而异常中止的碎片：无效帧。所以：10M以太网规定最短有效帧长为64字节计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院小结载波检测只能减少冲突，不能避免冲突当某个站监听到总线空闲时，也可能总线并非是空闲的。原因：电磁波传播需要时间，而监听只能测到本站接入点的信号。所以发送后需要检测是否发生冲突：“冲突检测”若冲突，立即停止发送，随机延迟后在“载波检测”经过2时间没有检测到冲突，可以肯定这次发送不会发生冲突线路越长，这种冲突的概率越大。设：信号传播速度c=200m/us，总线长d＝100m，＝d/c=100/200=0.5us，2＝1us1us内，有其他站点发送，都可能冲突总线长d＝500m，＝d/c=500/200=2.5us，2＝5us5us内，有其他站点发送，都可能冲突计算机网络原理金可音欢迎学生使用计算机与通信学院2.3截断型二进制指数