【正文】 而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。 課件制作人：謝希仁 以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用 曼徹斯特 (Manchester)編碼 基帶數(shù)字信號 曼徹斯特編碼 碼元 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 課件制作人：謝希仁 載波監(jiān)聽多點接入 /碰撞檢測 CSMA/CD ? CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 ? “ 多點接入 ”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。 ? “ 載波監(jiān)聽 ”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 ? 總線上并沒有什么“載波”。因此， “載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。 課件制作人：謝希仁 碰撞檢測 ? “碰撞檢測 ”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。 ? 當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。 ? 當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。 ? 所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。 課件制作人：謝希仁 檢測到碰撞后 ? 在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。 ? 每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。 課件制作人：謝希仁 電磁波在總線上的 有限傳播速率的影響 ? 當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。 ? A 向 B 發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到 B。 ? B 若在 A 發(fā)送的信息到達 B 之前發(fā)送自己的幀 (因為這時 B 的載波監(jiān)聽檢測不到 A 所發(fā)送的信息 )，則必然要在某個時間和 A 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。 ? 碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。 課件制作人：謝希仁 Figure Space/time model of the collision in CSMA 課件制作人：謝希仁 Figure Vulnerable time in CSMA Vulnerable time: 有可能發(fā)生沖突的的時間。 課件制作人：謝希仁 ? 對上圖 ? 最左邊的站 A在 t1時刻發(fā)送一幀，該幀到達最右邊的 D，時間為 t1+Tp。 ? 對 CSMA的 vulnerable time是傳播時間 Tp。 ? 灰色的區(qū)域表示 vulnerable area的時空圖。 課件制作人：謝希仁 Persistence Methods ? 如果信道忙，一個站點應(yīng)如何做？信道空閑又如何做？ ? 有三種辦法： 1persistent method, nonpersistent method, ppersistent method. 見下頁 課件制作人：謝希仁 Figure Behavior of three persistence methods 課件制作人：謝希仁 1persistent ? 站點發(fā)現(xiàn)線路空閑，就馬上發(fā)送幀（概率為 1）。 ? 此方法沖突概率高。以太網(wǎng)使用該方法。 課件制作人：謝希仁 Nonpersistent ? 要發(fā)送幀的站點偵測線路。如果線路空閑，就馬上發(fā)送。如果線路忙，就等待隨機時間后，再次偵測線路。 ? 此方法減低了沖突概率。因為兩個站點不可能等待相同的時間，同時嘗試再發(fā)送。 ? 但此方法降低了網(wǎng)絡(luò)的效率。 課件制作人：謝希仁 pPersistent ? 如果信道有 time slots，其 time slot大于或等于最大傳播時間。 ? 在站點發(fā)現(xiàn)線路空閑，按如下步驟： 1. 按概率 p，站點發(fā)送其幀； 2. 按概率 q=1p，站點等待下一個 time slot的開始，并再次檢查線路； ，則到步驟 1； b. 如果線路忙，站點就像遇到?jīng)_突一樣，使用 backoff（回退）步驟。 課件制作人：謝希仁 Figure Flow diagram for three persistence methods 1 km A B t 碰撞 t = 2? ? ? A 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? ? ? B 發(fā)送數(shù)據(jù) B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? t = 0 單程端到端 傳播時延記為 ? 傳播時延對載波監(jiān)聽的影響 1 km A B t 碰撞 t = ? ? ? B 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù) t = ? ? ? / 2 發(fā)生碰撞 t = 2? ? ? A 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? ? ? B 發(fā)送數(shù)據(jù) B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ? A B A B A B t = 0 A 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù) A B t = 0 t = ? B 檢測到發(fā)生碰撞 停止發(fā)送 STOP t = 2? ? ? A 檢測到 發(fā)生碰撞 STOP A B 單程端到端 傳播時延記為 ? 課件制作人：謝希仁 Figure Collision of the first bit in CSMA/CD 課件制作人：謝希仁 Figure Collision and abortion in CSMA/CD 課件制作人：謝希仁 Figure Energy level during transmission, idleness, or collision 課件制作人：謝希仁 重要特性 ? 使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。 ? 每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 ? 這種 發(fā)送的不確定性 使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。 課件制作人：謝希仁 ? CSMA/CD工作過程： 1. 如果媒體空閑，則發(fā)送；否則，到第 2步。 2. 如果媒體媒體忙，繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑，然后馬上發(fā)送。 3. 如果在發(fā)送過程中，檢測到?jīng)_突，就發(fā)送一個干擾信號，通知所有的站點發(fā)生了沖突，并停止發(fā)送。 4. 在發(fā)送干擾信號后，等待隨機時間，再嘗試發(fā)送（重復(fù)從 1開始的步驟）。 Rules for polite human conversation: ? Listen before speaking。 ? If someone else begins talking at the same time, stop talking. 課件制作人：謝希仁 爭用期 ? 最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間 2? （兩倍的端到端往返時延） 就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。 ? 以太網(wǎng)的端到端往返時延 2? 稱為 爭用期 ，或 碰撞窗口 。 ? 以太網(wǎng)把爭用期定為 ，對于 10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送 512 bit，即 64字節(jié)。 ? 經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。 課件制作人：謝希仁 二進制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type) ? 發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。 ? 確定基本退避時間，一般是取為爭用期 2?。 ? 定義重傳次數(shù) k ， k ? 10，即 k = Min[重傳次數(shù) , 10] ? 從整數(shù)集合 [0,1,…, (2 k ?1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為 r。重傳所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。 ? 當重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。 課件制作人：謝希仁 爭用期的長度 ? 以太網(wǎng)取 ?s 為爭用期的長度。 ? 對于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。 ? 以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前 64 字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。 課件制作人：謝希仁 最短有效幀長 ? 發(fā)送站在發(fā)送幀的最后一位之前，如果有沖突的話，發(fā)送站必須檢測到?jīng)_突，并放棄此次發(fā)送。 ? 因為一旦整個幀被發(fā)送出去，站就不再保留幀的 copy，也不再檢測線路上的沖突。 ? 因此幀發(fā)送時間 Tfr必須至少是最大傳播時間 Tp 的 2倍。 ? 如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 ? 由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 ? 以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為 64 字節(jié)，凡長度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的 無效幀 。 課件制作人：謝希仁 強化碰撞 ? 當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時： ? 立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)； ? 再繼續(xù)發(fā)送若干比特的 人為干擾信號 (jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 ? TJ 人為干擾信號 A B TB t ? B 發(fā)送數(shù)據(jù) A 檢測 到?jīng)_突 開始沖突 信 道 占 用 時 間 A 發(fā)送數(shù)據(jù) B 也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出 A 發(fā)送干擾信號的情況。 課件制作人：謝希仁 CSMA/CD協(xié)議的要點 ? 1. 適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個分組，加上以太網(wǎng)的首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放入適配器的緩存中，準備發(fā)送， ? 2. 若適配器檢測到信道空閑，就發(fā)送這個幀。若檢測到信道忙，則繼續(xù)檢測并等待信道轉(zhuǎn)為空閑，然后發(fā)送； ? 3. 在發(fā)送過程中繼續(xù)檢測信道，若一直未檢測到碰撞，則發(fā)送成功。若檢測到碰撞，則終止發(fā)送，并發(fā)送人為干擾信號。 ? 4. 在終止發(fā)送后，適配器執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待 r倍 512比特時間后，返回到步驟 2。 課件制作人：謝希仁 Controlled Access ? Reservation 在站點發(fā)送數(shù)據(jù)之前，需預(yù)訂。時間被分成間隔（ intervals） 如果系統(tǒng)有 N個站，則每幀中有 N個時隙，每個時隙給 1個站點。 課件制作人：謝希仁 Figure Reservation access method 在第一個 interval，站 4有預(yù)訂。第二個 interval，站 1有預(yù)訂。 課件制作人：謝希仁 Controlled Access ? Polling 1個主站和多個次站。 主站控制鏈路，主站決定哪個次站接入到鏈路。主站是會話的發(fā)起者。 課件制作人：謝希仁 Figure Select and poll functions in polling access method Select 功能 :主站要發(fā)數(shù)據(jù) poll功能 : 主站要接收數(shù)據(jù) 課件制作人：謝希仁 ? Token Passing 各站點組織成邏輯環(huán)形。 訪問信道的權(quán)利由是否擁有 token確定。 課件制作人：謝希仁 Figure Logical ring and physical topology in tokenpassing access method 課件制作人：謝希仁 使用廣播信道的以太網(wǎng) 使用集線器的星形拓撲 ? 傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。 ? 這種以太網(wǎng)采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器 (hub) 課件制作人：謝希仁 以太網(wǎng)的演化 標準以太網(wǎng) 快速以太網(wǎng) G比特以太網(wǎng) 10G比特以太網(wǎng) 10Mbps 100Mbps 1 Gbps 10 Gbps 以太網(wǎng)的演化 課件制作人：謝希仁 標準以太網(wǎng) 的實施方案 10Base5 10Base2 10BaseT 10BaseF 總線 粗同軸電纜 總線 細同軸電纜 星形 UTP 星形 光纖 物理層 標準以太網(wǎng)定義了幾個物理層實施方案，最常見的是以下四個（見圖）。 所有實施均使用曼徹斯特編碼。 課件制作人：謝希仁 PC PC Transceiver 收發(fā)器電纜 最長 50m 粗同軸電纜 最長 500m PC PC 電纜端 電纜端 10Base5 Baseband