【正文】 堅持退避算法 （ 1） 不堅持 CSMA ： （ A） 假如介質(zhì)空閑 ， 則發(fā)送； （ B） 假如介質(zhì)忙則等待一個隨機時間后 ， 重復第一步 。 采用隨機的重發(fā)延遲時間，可以減少沖突發(fā)生的可能性。不堅持算法的缺點是：即使有幾個站點都有數(shù)據(jù)要發(fā)送，但由于大家都在延遲等待過程中，致使介質(zhì)仍可能處于空閑狀態(tài)，使用率降低。 1堅持 CSMA： （ 1）假如介質(zhì)空閑，則發(fā)送；（ 2） 假如介質(zhì)忙繼續(xù)監(jiān)聽，直至介質(zhì)空閑，立即發(fā)送；（ 3）假如沖突發(fā)生，則等待一段隨機時間，重復（ 1）。 這種算法的優(yōu)點是：只要介質(zhì)空閑，站點就立即發(fā)送，避免了介質(zhì)利用率的損失；其缺點是：假若有兩個或兩個以上的站點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，沖突就不可避免。 P－堅持 CSMA： （ 1）假如介質(zhì)空閑，以概率 P 發(fā)送，而以（ 1－ P）的概率延遲一個時間單位 。一個時間單位通常等于最大傳播時延的 2倍。 （ 2）延遲一個時間單位后，再重復步驟（ 1） 。 （ 3）發(fā)現(xiàn)信道忙則持續(xù)等待，直至信道空閑，再以概率 P 發(fā)送數(shù)據(jù) 。 “P堅持算法 ” 是一種既能像 “ 不堅持算法 ” 那樣減少沖突，又能像 “ 1堅持算法 ” 那樣減少媒體空閑時間的折中方案。問題在于如何選擇 P 的值，這要考慮到避免重負載下系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。假如介質(zhì)忙時，有 N 個站點有數(shù)據(jù)等待發(fā)送，一旦當前的發(fā)送完成時，將要試圖傳輸?shù)恼究偲谕麛?shù)為 NP。如果選擇 P 過大，使 NP＞ 1，表明有多個站點試圖發(fā)送，沖突就不可避免。最壞的情況是，隨著沖突概率的不斷增大，而使吞吐量降低到零。所以必須選擇適當 P 值使 NP＜ 1。當然 P 值選得過小，則媒體利用率又會大大降低。 圖 CSMA 堅持和退避 在 CSMA 中，由于信道傳播時延的存在，即使總線上兩個站點沒有監(jiān)聽到載波信號而發(fā)送幀時，仍可能會發(fā)生沖突。由于 CSMA 算法沒有沖突檢測功能，即使沖突已發(fā)生，仍然要將已破壞的幀發(fā)送完，使總線的利用率降低。 一種 CSMA 的改進方案是使發(fā)送站點傳輸過程中仍繼續(xù)監(jiān)聽媒體，以檢測是否存在沖突。一旦檢測到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)送一串阻塞信號，用以通知總線上其它各有關(guān)站點。這樣，通道容量就不致白白傳送已受損的幀，可以提高總線的利用率。這種方案稱做 載波監(jiān)聽多路訪問 /沖突檢測協(xié)議 ，簡寫為 CSMA/CD，這種協(xié)議已廣泛應用于局域網(wǎng)中。 載波監(jiān)聽多路訪問 /沖突檢測 CSMA/CD 的代價是用于檢測沖突所花費的時間。對于基帶總線而言，最壞情況下用于檢測一個沖突的時間等于任意兩個站點之間傳播時延的兩倍。從一個站點開始發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個站點開始接收數(shù)據(jù)，也即載波信號從一端傳播到另一端所需的時間，稱為信號傳播時延。 信號傳播時延 = 兩站點的距離 /信號傳播速度 如圖所示，假定 A、 B 兩個站點位于總線兩端，兩站點之間的最大傳播時延為 tp。當 A 站點發(fā)送數(shù)據(jù)后，經(jīng)過接近于最大傳播時延 tp時， B 站點正好也發(fā)送數(shù)據(jù)，此時沖突便發(fā)生。發(fā)生沖突后， B 站點立即可檢測到該沖突，而 A站點需再經(jīng)過一段最大傳播時延 tp后，才能檢測出沖突。也即最壞情況下，對于基帶 CSMA/CD 來說，檢測出一個沖突的時間等于任意兩個站點之間最大傳播時延的兩倍 (2tp)。由于單向傳輸?shù)脑?，對于寬帶總線而言，沖突檢測時間等于任意兩個站點之間最大傳播時延的 4 倍。 退避算法 在 CSMA/CD 算法中，一旦檢測到?jīng)_突并發(fā)完阻塞信號后，為了降低再次沖突的概率，需要等待一個隨機時間，然后再使用 CSMA 方法試圖傳輸。為了保證這種退避操作維持穩(wěn)定，采用了一種稱為二進制指數(shù)退避的算法，其規(guī)則如下： (1)對每個數(shù)據(jù)幀，當?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時，設置一個參量 L=2； (2)退避間隔取 1 到 L 個時間片中的一個隨機數(shù)， 1個時間片等于兩站之間的最大傳播時延的兩倍； (3)當數(shù)據(jù)幀再次發(fā)生沖突，則將參量 L 加倍； (4)設置一個最大重傳次數(shù)，超過該次數(shù)，則不再重傳，并報告出錯。 二進制指數(shù)退避算法是按后進先出的次序控制的，即未發(fā)生沖突或很少發(fā)生沖突的數(shù)據(jù)幀，具有優(yōu)先發(fā)送的概率；而發(fā)生過多次沖突的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送成功的概率就更少。 CSMA/CD 操作的流程圖 媒體忙？ 發(fā)送幀 碰撞？ 發(fā)送完？ 發(fā)送 Jam N≥16? Yes No No Yes 發(fā)送成功 Yes 發(fā)送失敗 No 延遲隨機時間 No Yes 發(fā)送 碰撞次數(shù) N+1 Enther(以太網(wǎng) ) 就是采用二進制指數(shù)退避和 ” 1堅持算法 ” 的 CSMA/CD 介質(zhì)訪問控制方法。這種方法在低負荷時 (如介質(zhì)空閑 )，要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點能立即發(fā)送；在重負荷時，仍能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 IEEE 介質(zhì)訪問控制協(xié)議 MAC 幀格式 : IEEE MAC 幀中包括前導碼 P、幀起始定界符 SFD、目的地址 DA、源地址 SA、表示數(shù)據(jù)字段字節(jié)數(shù)長度的字段LEN 、要發(fā)送的數(shù)據(jù)字段、填充字段 PAD 和幀校驗序列 FCS等 8個字段。這 8個字段中除了數(shù)據(jù)字段和填充字段外，其余的長度都是固定的。 7 1 6 6 2 01500 046 4 前導碼 P SFD DA SA LEN 數(shù)據(jù) PAD FCS SFD：幀起始定界符 LEN：幀長度字段 DA： 目的地址 SA ：源地址 PAD：填充字符 FCS ：幀校驗序列 前導碼字段 P 占 7 個字節(jié)，每個字節(jié)的比特模式為 “ 10101010”，用于實現(xiàn)收發(fā)雙方的時鐘同步。幀起始定界符字段 SFD 占 1個字節(jié)，其比特模式為“ 10101011”，它緊跟在前導碼后，用于指示一幀的開始。前導碼的作用是使接收端能根據(jù) “ 1”、 “ 0” 交變的比特模式迅速實現(xiàn)比特同步，當檢測到連續(xù)兩位 “ 1”(即讀到幀起始定界符字段 SFD 最末兩位 )時，便將后續(xù)的信息遞交給 MAC 子層。 地址字段 :包括目的地址字段 DA和源地址字段 SA。目的地址字段占 2個或 6個字節(jié) ,用于標識接收站點的地址 ,它可以是單個的地址 ,也可以是組地址或廣播地址。 DA字段最高位為 0表示單個地址 ,該地址僅指定網(wǎng)絡上某個特定站點 。DA字段最高位為其余位不為全 1表示組地址 ,該地址指定網(wǎng)絡上給定的多個站點 。DA字段為全 1,則表示廣播地址 ,該地址指定網(wǎng)絡上所有的站點。源地址字段也占 2個或 6個字節(jié) ,但其長度必須與目的地址字段的長度相同 ,它用于標識發(fā)送站點的地址。在 6字節(jié)地址字段中 ,可以利用其 48位中的次高位來區(qū)分是局部地址還是全局地址。局部地址是由網(wǎng)絡管理員分配 ,且只在本網(wǎng)中有效的地址 。全局地址則是由 IEEE統(tǒng)一分配的 ,采用全局地址的網(wǎng)卡出廠時被賦予惟一的 IEEE地址 ,使用這種網(wǎng)卡的站點也就具有了全球獨一無二的物理地址。 為使 CSMA/CD協(xié)議正常操作 ,需要維持一個最短幀長度 ,必要時可在數(shù)據(jù)字段之后、幀校驗序列 FCS之前以字節(jié)為單位添加填充字符。這是因為正在發(fā)送時產(chǎn)生沖突而中斷的幀都是很短的幀 ,為了能方便地區(qū)分出這些無效幀 , MAC幀的 最短幀長 。對于 1OMbps的基帶 CSMA/CD網(wǎng) ,MAC幀的總長度為 641500字節(jié)。由于除了數(shù)據(jù)字段和填充字段外 ,其余字段的總長度為 18個字節(jié) ,所以當數(shù)據(jù)字段長度為 0時 ,填充字段必須有 46個字節(jié)。 幀校驗序列 FCS字段是 32位 (即 4個字節(jié) )的循環(huán)冗余碼 (CRC),其校驗范圍不包括前導碼字段 P及幀起始定界符字段 SFD。 類型字段標識出以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如 16進制數(shù) 0x0800代表 IP協(xié)議數(shù)據(jù)， 16進制數(shù) 0x809B代表 AppleTalk協(xié)議數(shù)據(jù)， 16進制數(shù) 0x8138代表 Novell類型協(xié)議數(shù)據(jù)等 。 以太網(wǎng)的最短有效幀 對 10Mbps以太網(wǎng) ,在爭用期內(nèi)可發(fā)送 512bits,即 64字節(jié) 故規(guī)定：最短有效幀為 64字節(jié) 若幀長 64字節(jié)，則視為無效幀（沖突碎片） 即由于沖突而異常中止的幀 在爭用期內(nèi)檢測到?jīng)_突，就不再發(fā)送數(shù)據(jù)，也即若發(fā)生沖突，最多只會發(fā)送 64字節(jié)的數(shù)據(jù) . 8字節(jié) 6字節(jié) 6字節(jié) 2字節(jié) 前同步碼 目的地址 源地址 類型 數(shù)據(jù) CRC 461500字節(jié) 4字節(jié) 以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu) CSMA/CD 最短幀長計算舉例 (1) 基本原理 1) 單程信號傳播時延： τ =L/v 式中： L鏈路長 (米 ), v 信號傳播速度 2) 沖突檢測時間： t=2τ =2L/v 3）一個幀的發(fā)送時間： t=Lf/c 式中： Lf 幀長 ,c 數(shù)據(jù)速率 4）最小幀長 : Lfmin = 2τc =2(L/v)c (2) 實例 : 若 10Mbps 的 CSMA/CD 總線網(wǎng)結(jié)點間最大距離為 ,信號在電纜中的傳播速度為 2*108 m/s,求該網(wǎng)的最小幀長 Lfmin 解： c = 10Mbps = 10*106 b/s, L=2500m V = 2*108m/s Lfmin = 2* (L/v)*c = 2*2500m/(2*108m/s)*10*106b/s = 250 bit MAC子層的功能 標準提供了 MAC子層的功能說明，內(nèi)容主要有 數(shù)據(jù)封裝 和 媒體訪問管理 兩個方面。數(shù)據(jù)封裝 (發(fā)送和接收數(shù)據(jù)封裝 )包括成幀 (幀同步和幀定界 )、編址 (源地址及目的地址的處理 )和差錯檢測(物理媒體傳輸差錯的檢測 )等；媒體訪問管理包括媒體分配和競爭處理。 MAC 功能模塊如圖所示。 網(wǎng)卡的作用 10BASE5 10BASE2 10BASET 10BROAD36 10BASEF 傳輸媒體 編碼技術(shù) 拓撲結(jié)構(gòu) 最大段長 每段節(jié)點 基帶同軸電纜 曼徹斯特碼 總 線 500 m 100 基帶同軸電纜 曼徹斯特碼 總 線 185 m 30 非屏蔽雙絞線 曼徹斯特碼 星 形 100 m 寬帶同軸電纜 差分 PSK碼 總線 /樹形 1800 m 850 nm光纖 曼徹斯特碼 星 形 500 m 33 IEEE 物理層規(guī)范 IEEEE 委員會在定義可選的物理配置方面表現(xiàn)了極大的多樣性和靈活性。為了區(qū)分各種可選用的實現(xiàn)方案，該委員會給出了一種簡明的表示方法： 〈 數(shù)據(jù)傳輸率 (Mpbs) 信號方式 最大段長度 (百米 ) 如 10BASE 10BASE 10BROAD36。但 10BASEF有些例外，其中的 T表示雙絞線、 F表示光纖。 IEEE 10Mbps可選方案見下表。 傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法 類別 (1) 10Base5 : 粗纜 Ether (2) 10Base2 : 細纜 Ether (3) 10BaseT : 雙絞線 ,星型 Ether (4) 10BROAD36:寬帶 Ether (5) 10BaseFL :光纖 Ether 10Base5 1) 分插頭 : 插入電纜 2) 收發(fā)器 : 發(fā)送 /接收 沖突檢測 電氣隔離 超長控制 3) AUI : 連接件單元接口 4) 用于骨干網(wǎng) 10Base2 1) BNC T型接頭 2) 無需插入電纜 3) 用于辦公室 LAN 10BaseT 1) Hub（集線器）相當于多端口轉(zhuǎn)發(fā)器 2) 用于辦公室 LAN 3) 拓撲結(jié)構(gòu)為星形，邏輯上仍然是總線形。 4) 轉(zhuǎn)發(fā)器 /中繼器的作用：擴充信號傳輸距離。將信號放大并整形后再轉(zhuǎn)發(fā)，消除信號傳輸?shù)氖д婧退p 10BaseF (1) 使用光纖進行長距離連接，最適于建筑物間的連接 (2) 3個標準 1) 10BASEFP(Passive 無源的 ) 定義了一個最多能把 33個站點連接到一個無源中心的星型系統(tǒng)。 10BASEFP網(wǎng)段的長度可達 500米。 2)10BASEFL(Link, 異步點 點鏈路 ) 一個 10BASEFL段可以連接兩塊網(wǎng)卡、兩