计算机网络 第三章 数据链路层 (5)

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,适配器对发送的数据帧不进行编号,也不要求对方发回确认(以太网提供的服务是不可靠交付的,即尽最大努力的交付)当目的站收到有差错的数据帧的时候(例如用CRC查出有差错)就把帧丢弃,其他什么也不做,对有差错帧是否需要重传有高层来决定,但是以太网并不知道这是重传帧,而是当成新的数据帧来重新发送

以太网采用基带传输,发送的数据都是使用曼彻斯特编码的信号,曼彻斯特编码在每一个比特信号的正中间有一次电平的跳变,接收端可以很容易的利用这个比特信号的电平跳变来提取信号时钟频率,并与发送方保持时钟同步

在总线上,只要有一个站点在发送数据,总线的传输资源就被占用了,因此在同一时间内只能允许一个站点发送数据,否则各站点之间就会互相干扰,结果就是大家都无法正常的发送数据

采用了CSMA/CD协议解决:载波监听多址接入/碰撞检测

多址接入:是一种多址接入协议,许多站点以多址接入的方式连接在一根总线上,协议的实质是“载波监听”饿“碰撞检测”

载波监听:发送前先监听,每一个站点在发送数据之前要先检测一下总线上是否有其他站点在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,等到信道空闲的时候在发送

碰撞检测:就是边检测边监听,即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况,以便判断自己在发送数据的时其他站是否也在发送数据(如果有多个,则总线上的信号电压幅度增大)当适配器检测到幅度超过一定的门限值的时候,表面信号发送了碰撞(发生了冲突)因此碰撞检测也被称为冲突检测,碰撞时会发生失真,无法从中得到有用的信息;因此每一个正在发送数据的站点,一旦发现总线上发生了碰撞,适配器立即停止发送,免得继续浪费资源,等待一段随机时间之后再次发送

在使用CSMA/CD协议之前,一个站点不可能同时进行发送和接收,因此使用CSMA协议的以太网不可能进行全双工通信,只能是通过半双工通信(双向交替通信)

以太网端到端往返时间称为争用期(碰撞窗口)

经过争用期的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

每一个站点在自己发送完数据之后的一小段时间里,存在着有可能遭遇碰撞的可能性,这一小段时间是不确定的,取决于另一个发送数据的站点到本站的距离,但不会超过争用期

10Mbit/s的以太网把争用期确定为51.2 us;以太网规定总线的长度不得超过2500米(原本是5200,但考虑到信号衰减的问题)

发生碰撞的站点不能等下次信道空闲的时候再发送(有可能再次碰撞)

以太网使用截断二进制指数退避算法来解决碰撞后何时再次发送的问题:让发生了碰撞后的站点在停止发送数据之后,推迟(也叫作退避)一个随机的时间在监听信道进行重传,如果碰撞again,则增加随机选择的退避时间,当重传达到16次的时候,则丢弃该帧并向高层汇报

在以太网站点在发送数据的时候,如果帧的前64字节没有发生碰撞,则后续的数据也不会发生碰撞

凡是长度小于64字节的帧都是由于碰撞而异常中止的无效帧

以太网的端到端的时延应该是小于争用期的一半(51.2us)即小于25.6us

以太网还采取一种叫做强化碰撞的措施,就是当发送数据的站点一旦发生了碰撞时,除了立即停止发送数据外,还要再发送32或者是48比特的人为干扰信号

以太网的还规定了帧间最小间隔为96比特时间为9.6us

CSMA/CD协议要点如下:

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比特时间,然后发送这个帧

③在发送过程中继续检测信道,若一直未检测到碰撞,就顺利把这个帧成功发送完毕。若检测到碰撞,则中止数据的发送,并发送人为干扰信号

④在中止发送后,适配器就执行指数退避算法,随机   r  倍512比特时间后,返回步骤2

8、以太网的帧格式

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对于检查出的无效的Mac帧就简单丢弃,以太网不负责重传丢弃的帧

IEEE802.3规定的帧的第三个字段是“长度、类型”只要字段值大于1536(十进制)时是类型,其余的为长度(Mac帧的数据部分长度),这样的帧与v2 Mac一样

当小于1536时,数据字段必须装入上面的LLC帧

9、网桥和以太网交换机

(1)在物理层扩展以太网

过去:两个网段之间使用转发器,两个站点之间有三个电缆网段

现在:扩展站点和集线器之间距离的一种方法是使用光纤和光纤调制解调器

光纤调制解调制的作用就是:进行电信号和光信号的转换

一个集线器能连接的站点数非常有限,但是如果使用多个集线器,就可以形成覆盖更多的多级星形结构的以太网

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