(9)-3.4共享式以太网及以太网的媒体接入控制协议

3.4共享式以太网及CSMA/CD协议

本讲要点以太网的标准以太网的CSMA/CD协议。3.4.1以太网的标准以太网是美国施乐公司于1975年研制成功。基带总线局域网，当时的数据率为2.94Mb/s。3.4.1以太网的标准1980年9月，以太网规约的第一个版本。1982年又修订为DIXEthernetV2，是世界上第一个局域网产品的规约。1983年,IEEE802.3工作组制定了IEEE802.3标准，数据率为10Mb/s。

3.4.1以太网的标准以太网的两个标准DIXEthernetV2。IEEE的802.3标准。DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网共享式以太网向交换式以太网的发展以太网目前已从传统的共享式以太网发展到交换式以太网，数据率已演进到每秒百兆、千兆甚至更高的速率。本讲首先介绍传统总线型以太网。3.4.2CSMA/CD协议总线型以太网的通信特点：许多计算机都连接到一根总线上，进行广播式通信。总线上一对一通信的实现为了实现一对一的通信，就需要在帧的首部写明接收站的地址仅当数据帧中的目的地址与适配器中存放的硬件地址一致时，该适配器才能接收这个数据帧。总线上一对一通信的实现B向

D发送数据CDAE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据总线上一对一通信的实现总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。由于只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有D才接收这个数据帧。其他所有的计算机（A,C和E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。为了通信的简便

以太网采取了两种重要的措施（1）采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。以太网采用曼彻斯特编码（2）以太网采用基带传输，发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号。接收方可以利用在每一个比特信号正中间的电平跳变，来提取信号时钟频率，与发送方保持时钟同步。以太网发送的数据都使用

曼彻斯特(Manchester)编码

基带数字信号曼彻斯特编码

码元1111100000出现电平转换以太网的媒体接入控制技术如何协调总线上的各计算机的工作，使它们能够合理而方便的共享通信媒体资源，是最需要解决的问题。以太网采用的协调方法是使用一种特殊的协议CSMA/CD，这个协议的中文名称是载波监听多址接入/碰撞检测。载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。总线上并没有什么“载波”。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。碰撞检测“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。检测到碰撞后采取的措施在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。强化碰撞当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立即停止发送数据；再继续发送若干比特的人为干扰信号(jammingsignal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。数据帧干扰信号

TJ人为干扰信号ABTBt

B发送数据A检测到冲突开始冲突信道占用时间A发送数据因此，碰撞后采取的措施：立即停止发送，强化碰撞，随机等待一段时间后重发。碰撞后采取的措施：思考：既然每个站在发送数据之前已经监听到信道为“空闲”，那为什还会出现数据在总线上的碰撞呢？电磁波在总线上的

有限传播速率的影响当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。A向B发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到B。B若在A发送的信息到达B之前发送自己的帧(因为这时B的载波监听检测不到A所发送的信息)，则必然要在某个时间和A发送的帧发生碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。1kmABt碰撞t=

B检测到信道空闲发送数据t=

/2发生碰撞t=2

A检测到发生碰撞t=

B发送数据B检测到发生碰撞t=

ABABABt=0A检测到信道空闲发送数据ABt=0t=

B检测到发生碰撞停止发送STOPt=2

A检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为

传播时延对载波监听的影响争用期最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2

（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延2

称为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。以太网对站点数和总线长度的限制在以太网中发送数据的站点越多，端到端往返传播时延越大，那么发生碰撞的概率就越大。以太网不能连接太多的站点，使用的总线也不能太长。争用期的长度以太网取51.2

s为争用期的长度。对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。其总线长度，不能超过2500m。二进制指数类型退避算法发生碰撞的站点不能在信道变为空闲后就立即再发送数据，它必须等待一段随机时间之后才能再次发送数据。二进制指数类型退避算法发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期2

。定义重传次数k

，k

10，即

k=Min[重传次数,10]从整数集合[0,1,…,(2k

1)]中随机地取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

动态退避使用上述退避算法，可以使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大。我们把这种方式也称为是动态退避。这样做，可以减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。CSMA/CD协议的要点归纳（1）适配器从网络层获得一个分组。加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送。（2）若适配器检测到信道空闲96比特时间，就发送这个帧。若检测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲96比特后，然后发送这个帧。C