【正文】 閑時間的折中方案。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。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。當然 P 值選得過小，則媒體利用率又會大大降低。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站點。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。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。 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。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。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。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。 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。 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。 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。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。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 。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。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 。 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。對于 1OMbps的基帶 CSMA/CD網(wǎng) ,MAC幀的總長度為 641500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。 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)的幀結構 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。 MAC 功能模塊如圖所示。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。 IEEE 10Mbps可選方案見下表。 4) 轉(zhuǎn)發(fā)器 /中繼器的作用：擴充信號傳輸距離。 10BASEFP網(wǎng)段的長度可達 500米。 3)10BASEFB(Backbone,同步點 點鏈路 ,多達 15層轉(zhuǎn)發(fā)器 ) 每段距離可長達 2km的連接中繼器的點到點鏈路，用來在一個跨越遠距離的中繼主干網(wǎng)絡系統(tǒng)中把 10BASEFB同步信令中繼器連接在一起。 為什么使用網(wǎng)橋？ 學校和企業(yè)的各個部門分別擁有自己獨立管理的 LAN，為了進行交互，需要使用網(wǎng)橋來實現(xiàn)互連；一個企業(yè)分布在相隔很遠的不同建筑物內(nèi)，在每個建筑物內(nèi)組建單獨的 LAN，并使用橋?qū)⑦@些 LAN連接起來，是比較經(jīng)濟的方案； 將一個負載很重的大 LAN分隔成使用網(wǎng)橋互連的幾個 LAN 可以減輕負擔； 網(wǎng)橋的結構 工作原理： 工作在混雜（ promiscuous）方式，接收所有的幀。 網(wǎng)橋剛啟動時 ,地址 /端口對應表為空 ,采用洪泛法轉(zhuǎn)發(fā)幀； 在轉(zhuǎn)發(fā)過程中采用逆向?qū)W習 (backward learning)算法收集 MAC地址。 網(wǎng)橋協(xié)議結構 網(wǎng)橋能夠互連兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡 網(wǎng)橋的基本特征 : ； 、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡； 、存儲、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)互連的網(wǎng)絡之間的通信； 同的協(xié)議； 5. 網(wǎng)橋可以分隔兩個網(wǎng)絡之間的廣播通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡的性能與安全性。 網(wǎng)橋的基本分類 :按照其路由表的建立方法分為兩類。例如連接兩個 Ether網(wǎng)段，或兩個令牌環(huán)網(wǎng)； 透明網(wǎng)橋的最大優(yōu)點是容易安裝，是一種即插即用設備。 地址表擴充 從幀中取出信源結點地址，查地址表，如果沒有，添加。 幀轉(zhuǎn)發(fā) LAN和目的 LAN相同，丟棄該幀。 ，將幀轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有與本網(wǎng)橋連接的子網(wǎng)（廣播）中。 防止信息在網(wǎng)絡中循環(huán) 為了提高可靠性，有時人們在 LAN之間設置并行的兩個或多個網(wǎng)橋（即冗余網(wǎng)橋）。構造支撐樹的基本思想是首先選擇網(wǎng)絡中的某個網(wǎng)橋作為支撐樹的根，再從與該支撐樹（最初只有支撐樹的根）相鄰（指可以通過某個子網(wǎng)直接訪問）的網(wǎng)橋集合中選擇一個加入支撐樹，選擇的條件是加入該網(wǎng)橋不會形成環(huán)路；這種選擇的過程繼續(xù)進行，直至支撐樹已經(jīng)可以互連所有的子網(wǎng)。構造支撐樹的過程發(fā)生在新的網(wǎng)橋加入網(wǎng)絡，或者支撐樹中的某個網(wǎng)橋發(fā)生故障。 源路由網(wǎng)橋的原理 幀的發(fā)送者知道目的主機是否在自己的 LAN內(nèi)； 如果不在，在發(fā)出的幀頭內(nèi)構造一個準確的路由序列，包含要經(jīng)過的網(wǎng)橋、 LAN的編號。 ** 廣播風暴 ：當網(wǎng)絡中結點很多，通過許多網(wǎng)橋進行互連時，有許多信宿地址不明的幀被廣播到所有結點，結點不停地忙于接收這些數(shù)據(jù)幀，在做“無用功”，使得結點不能正常地進行數(shù)據(jù)發(fā)送。 (1) 傳統(tǒng)的共享媒體局域網(wǎng)由于共享固定大小的帶寬，網(wǎng)絡系統(tǒng)的效率會隨著節(jié)點數(shù)的增加和應用的深入而大大降低。 (3) 從功能上講，交換機類似于網(wǎng)橋，其實現(xiàn) OSI參考模型下兩層協(xié)議，當然某些交換機已實現(xiàn) OSI參考模型第三層協(xié)議的部分功能，具有一些路由器的功能。 (5) 交換機與網(wǎng)橋的區(qū)別 1) 端口數(shù)：網(wǎng)橋少、交換機多 2) 連接對象：網(wǎng)橋連接局域網(wǎng)；交換機連接主機。 (7) 交換過程 工作過程：交換機檢查來自 PC的數(shù)據(jù)包，然后識別該數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址，動態(tài)打開一專用的 10/100Mbps鏈路，將包由源地址端口傳送至目的地址端口 動態(tài)交換特性：動態(tài)交換檢查由一個工作站發(fā)往另一個工作站的數(shù)據(jù)包，在它們之間動態(tài)建立一專用的 10/100Mbps鏈路，一旦端口完成通信，動態(tài)交換釋放此鏈路 (8) 半雙工和全雙工 1) 在總線方式下采用 CSMA/CD協(xié)議，如果兩臺工作站同時發(fā)送就會產(chǎn)生碰撞，所以只能是半雙工方式 2) 在采用交換機連接網(wǎng)絡時才能使用全雙工通信，交換機的每端口只連接一個站點，不會產(chǎn)生碰撞，也就不用在發(fā)送時用接收電纜監(jiān)聽碰撞信號 基于交換式集線器的以太網(wǎng)示意圖 以太網(wǎng)交換機內(nèi)部交換示意圖 交換式局域網(wǎng) 交換式局域網(wǎng)的基本結構 交換式局域網(wǎng)的核心設備是 局域網(wǎng)交換機 ，局域網(wǎng)交換機可以在它的多個端口之間建立多個并發(fā)連接。以太網(wǎng)交換機可以有多個端口，每個端口可以單獨與一個結點連接，也可以與一個共享介質(zhì)的以太網(wǎng)集線器連接。 沖突域 沖突域 共享式以太網(wǎng) 二層交換機 沖突域 沖突域 沖突域 ? 在交換式以太網(wǎng)中，交換機的每個端口處于獨立的沖突域中，終端主機獨占端口的帶寬。性能更高的交換機內(nèi)部可能是一個交換網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡完成任意端口之間的兩兩交換（并發(fā)連接）。實際上，這個背板總線可能是一個高性能的數(shù)字交叉網(wǎng)絡，各個端口針對接收線路和發(fā)送線路各有一個緩沖隊列，當數(shù)據(jù)從終端設備發(fā)往交換機的時候，發(fā)出的數(shù)據(jù)暫存在交換機的接收隊列中，然后進行下一步處理。 對每個接口的發(fā)送隊列結構進行更改可以實現(xiàn)服務質(zhì)量功能。在傳輸?shù)臅r候，可以優(yōu)先傳輸優(yōu)先級高的隊列，等高優(yōu)先級隊列內(nèi)沒有數(shù)據(jù)了再傳送優(yōu)先級低的隊列，依次類推。 交換機與 HUB 的最大區(qū)別就是能做到接口到接口的轉(zhuǎn)發(fā)。交換機之所以能做到根據(jù) MAC 地址進行選擇端口完全依賴內(nèi)部的一個重要的數(shù)據(jù)結構：CAM (內(nèi)容可尋址存儲器 )表。 CAM 表包含下面幾項內(nèi)容： ? MAC 地址。 ? 如果交換機上劃分了 VLAN，就包括 VLAN ID。注意，上面一個 MAC 地址可能對應多個端口，這樣的 MAC 地址一般是組播 MAC 地址，其中每個端口上連接一個組播組的成員。 ① 手工加入：通過配置命令的形式告訴交換機 MAC地址和端口的對應。 手工生成該表很簡單，不過配置很麻煩，所以通常情況下是交換機自動獲得的。首先提出交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的基本規(guī)則： ? 交換機查 CAM表如果查找到結果就根據(jù)查找結果進行轉(zhuǎn)發(fā)。 MAC地址表初始化 E1/0/1 E1/0/2 E1/0/3 E1/0/4 PCA PCB PCC PCD MAC Address Table MAC Address Port ? 交換機剛啟動時， MAC地址表內(nèi)無表項 MAC地址表學習過程（ 1） E1/0/1 E1/0/2 E1/0/3 E1/0/4 MAC Address Table MAC Address Port MAC_A E1/0/1 ? PCA發(fā)出數(shù)據(jù)幀 ? 交換機把 PCA的幀中的源地址 MAC_A與接收到此幀的端口 E1/0/1關聯(lián)起來 ? 交換機把