計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第7版 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層 (3.3 節(jié))

電子信息工程學(xué)院課程教案計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第7版，電子工業(yè)出版社日期2020年3月21日上午3-4節(jié)周次單元第3周第1單元章節(jié)（專題、項(xiàng)目）名稱第3章數(shù)據(jù)鏈路層(3.3節(jié))課時(shí)2教學(xué)目的掌握局域網(wǎng)中CSMA/CD協(xié)議的概念和工作原理。理解MAC地址的概念、爭用期的概念。掌握二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法。教學(xué)重點(diǎn)MAC地址、CSMA/CD協(xié)議工作原理、爭用期教學(xué)難點(diǎn)二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法教學(xué)模式講授教學(xué)手段多媒體課件和板書結(jié)合教學(xué)內(nèi)容第三節(jié)使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

1.局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

2.CSMA/CD協(xié)議

3.使用集線器的星形拓?fù)?/p>

4.以太網(wǎng)的信道利用率

5.以太網(wǎng)的MAC層教學(xué)過程詳見后面“教學(xué)過程頁”思考或作業(yè)課本P112第3-07、3-08、3-10、3-12、3-14、3-18題單元反思知識(shí)點(diǎn)講解詳細(xì)，進(jìn)度偏慢，有些沒有難度的知識(shí)可適當(dāng)減少課堂講授的時(shí)間。第3章數(shù)據(jù)鏈路層一、課程引入數(shù)據(jù)鏈路層如何進(jìn)行差錯(cuò)檢測？教學(xué)方法簡介與學(xué)習(xí)方法建議本課程的理論性較強(qiáng)，所以應(yīng)采用講解、舉例、類比、自主探究、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、小組合作的教學(xué)方法，多結(jié)合實(shí)例，把書上的知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用結(jié)合起來二、新課講授3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有；地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下主要優(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。媒體共享技術(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。 為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層；媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關(guān)。不管采用何傳輸媒體的局域網(wǎng)，對(duì)LLC子層來說都是透明的。適配器的作用：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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。3.3.2CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD含義：載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)?！岸帱c(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?？偩€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(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。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。對(duì)于以太網(wǎng)，規(guī)定爭用期為512比特時(shí)間。10Mbit/s以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度。對(duì)于10Mbit/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。CSMA/CD協(xié)議的要點(diǎn)：(1)準(zhǔn)備發(fā)送。但在發(fā)送之前，必須先檢測信道。(2)檢測信道。若檢測到信道忙，則應(yīng)不停地檢測，一直等待信道轉(zhuǎn)為空閑。若檢測到信道空閑，并在96比特時(shí)間內(nèi)信道保持空閑（保證了幀間最小間隔），就發(fā)送這個(gè)幀。(3)檢查碰撞。在發(fā)送過程中仍不停地檢測信道，即網(wǎng)絡(luò)適配器要邊發(fā)送邊監(jiān)聽。這里只有兩種可能性：①發(fā)送成功：在爭用期內(nèi)一直未檢測到碰撞。這個(gè)幀肯定能夠發(fā)送成功。發(fā)送完畢后，其他什么也不做。然后回到(1)。②發(fā)送失?。涸跔幱闷趦?nèi)檢測到碰撞。這時(shí)立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并按規(guī)定發(fā)送人為干擾信號(hào)。適配器接著就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待r倍512比特時(shí)間后，返回到步驟(2)，繼續(xù)檢測信道。但若重傳達(dá)16次仍不能成功，則停止重傳而向上報(bào)錯(cuò)。3.3.3使用集線器的星形拓?fù)鋫鹘y(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。采用雙絞線的以太網(wǎng)采用星形拓?fù)?，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)。集線器的一些特點(diǎn)：(1)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。(2)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。(3)集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。(4)集線器采用了專門的芯片，進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消，減少了近端串音。3.3.5以太網(wǎng)的MAC層1.MAC層的硬件地址在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802標(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字”或標(biāo)識(shí)符。但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。EEE802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定MAC地址字段可采用6字節(jié)(48位)或2字節(jié)(16位)這兩種中的一種。IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)RA負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段6個(gè)字節(jié)中的前三個(gè)字節(jié)(即高位24位)，稱為組織唯一標(biāo)識(shí)符。地址字段6個(gè)字節(jié)中的后三個(gè)字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展唯一標(biāo)識(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。組織唯一標(biāo)識(shí)符組織唯一標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展唯一標(biāo)識(shí)符3字節(jié)（24位）3字節(jié)（24位）48位的MAC地址2.MAC幀的格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。無效的MAC幀：幀的長度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列F