廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

第3章數(shù)據(jù)鏈路層第二講使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層----局域網(wǎng)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層概述傳統(tǒng)以太網(wǎng)CSMA/CD協(xié)議使用集線器的星形拓?fù)湟蕴W(wǎng)信道的利用率廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!1.局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層概述局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!局域網(wǎng)的拓?fù)涓删€耦合器集線器星形網(wǎng)匹配電阻總線網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!網(wǎng)絡(luò)適配器/網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。適配器的重要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!以太網(wǎng)是美國施樂（Xerox）公司1975年研制成功的世界上個(gè)局域網(wǎng)。1980年9月，DEC、Intel、Xerox聯(lián)合提出10Mb/s以太網(wǎng)規(guī)約的個(gè)版本DIXEthernetV1，1982年修改為第二版DIXEthernetV2。IEEE的802委員會(huì)于1983年制定了個(gè)IEEE的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其編號(hào)為802.32.傳統(tǒng)以太網(wǎng)廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會(huì)制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。由于只有計(jì)算機(jī)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀。其他所有的計(jì)算機(jī)（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對一的通信。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!以太網(wǎng)提供的服務(wù)以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯(cuò)的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測CSMA/CD“多點(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽”是指每一個(gè)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(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞?！拜d波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。3.CSMA/CD協(xié)議廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。每一個(gè)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(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)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(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)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(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭用期2。定義參數(shù)k，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)延就是

r×2=2r。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!最短有效幀長如果發(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(shí)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。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!4.使用集線器的星形拓?fù)湟蕴W(wǎng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)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?fù)洌谛切蔚闹行膭t增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!星形網(wǎng)10BASE-T10表示數(shù)據(jù)率為10Mb/s，BASE表示電纜上的信號(hào)為基帶信號(hào)，采用曼徹斯特編碼，T代表雙絞線。特點(diǎn)：不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個(gè)站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。10BASE-T的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過100m。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!集線器的特點(diǎn)集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!以太網(wǎng)的信道被占用的情況：爭用期長度為2，即端到端傳播時(shí)延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號(hào)。幀長為L

(bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C(b/s)，因而幀的發(fā)送時(shí)間為L/C=T0(s)。

5.以太網(wǎng)的信道利用率廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!從上圖可以看出，要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小與T0之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù)a，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延與幀的發(fā)送時(shí)間T0之比：a→0表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測出來，并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高。a越大，表明爭用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!對以太網(wǎng)參數(shù)的要求當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時(shí)，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制，否則的數(shù)值會(huì)太大。以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則T0的值會(huì)太小，使a值太大。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!練習(xí)題每塊網(wǎng)卡都有它自己的時(shí)鐘，兩個(gè)網(wǎng)卡在互相通信時(shí)為了知道什么時(shí)候一位結(jié)束、下一位開始，其嚴(yán)格具有同樣頻率的原因是()A．定時(shí)令牌機(jī)制B．奇檢驗(yàn)機(jī)制C．量化機(jī)制D．使用曼徹斯特編碼廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!練習(xí)題根據(jù)CSMA/CD協(xié)議的工作原理，下列情形中，需要增加最短幀長度的是________。A、網(wǎng)絡(luò)傳輸速率不變，沖突域的最大距離變短B、網(wǎng)絡(luò)傳輸速率提高，沖突域的最大距離不變C、上層協(xié)議適合用TCP的概率增加D、沖突域不變的情況下，減少線路中的中繼器數(shù)量廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!*練習(xí)題在一個(gè)采用CSMA/CD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸介質(zhì)為一根完整的電纜，傳輸速率為1Gbit/s，電纜中信號(hào)的傳播速度是200000km/s。若最小數(shù)據(jù)幀長度減少800bit，則最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離至少需要________。A、增加160mB、減少160mC、增加80mD、減少80m800bit在1Gbit/s的線路上傳輸需要800bit/1Gbit/s=800*10-9s信號(hào)傳輸距離為800*10-9s*200*106km=160m，即信號(hào)往返80m，故選D廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!練習(xí)題在同一局域網(wǎng)上的兩個(gè)設(shè)備若具有相同的靜態(tài)MAC地址，其結(jié)果是（）。A.首次引導(dǎo)的設(shè)備使用該地址，第二個(gè)設(shè)備不能通信B.最后引導(dǎo)的設(shè)備使用該地址，個(gè)設(shè)備不能通信C.兩個(gè)設(shè)備都可以正確通信D.兩個(gè)設(shè)備都不能正確通信廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!媒體（信道）的共享技術(shù)靜態(tài)劃分信道頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用

動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）隨機(jī)接入受控接入，如多點(diǎn)線路探詢(polling)，或輪詢。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!計(jì)算機(jī)通過適配器和局域網(wǎng)進(jìn)行通信硬件地址至局域網(wǎng)適配器（網(wǎng)卡）串行通信CPU和存儲(chǔ)器生成發(fā)送的數(shù)據(jù)處理收到的數(shù)據(jù)把幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收幀計(jì)算機(jī)IP地址并行通信廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號(hào)）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!為了通信的簡便以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施：采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!基帶數(shù)字信號(hào)曼徹斯特編碼碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特(Manchester)編碼曼徹斯特編碼廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!“碰撞檢測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號(hào)電壓大小。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。當(dāng)一個(gè)站檢測到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過一定的門限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)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”。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!由于電磁波在總線上的傳播速率有限，當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí)，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(shí)間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達(dá)B之前發(fā)送自己的幀(因?yàn)檫@時(shí)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(gè)時(shí)間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。BA沖突廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!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(shí)間2（兩倍的端到端往返時(shí)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(shí)延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!爭用期的長度以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度。注：由于還要考慮其它因素，以太網(wǎng)的最大端到端延遲實(shí)際上小于25.6s。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(huì)發(fā)生沖突。廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!強(qiáng)化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)：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(hào)(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)集線器兩對雙絞線站點(diǎn)RJ-45插頭廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!具有三個(gè)接口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!一個(gè)幀從開始發(fā)送，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑(即再經(jīng)過時(shí)間使得信道上無信號(hào)在傳播)時(shí)為止，是發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間。發(fā)送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間…廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!在理想化的情況下，以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會(huì)產(chǎn)生碰撞（這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法），即總線一旦空閑就有某一個(gè)站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送一幀占用線路的時(shí)間是T0+，