CH3-2 数据链路层

距离L 站点1
t =0
碰撞
站点2
站点2 发送帧
t
t =a−δ 2
t =2a−δ
t =a−δ
t =a
站点2 停止发送
传 播 时 延
当δ→0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽→2a。
• 时间槽的意义： 时间槽的意义：
– 一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突， 一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突， 则本次发送不会再发生冲突 – 时间槽与网络跨距、传输速率、最小帧长有密切的关系 时间槽与网络跨距、传输速率、
•发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听
• This backoff algorithm causes all devices to stop transmitting for a random amount of time, which allows the collision signals to subside.
– 继续监听： » 等到信道空闲后立即发送 » 等到信道空闲后等待随机时间后再发送 – 等待一段随机时间后再重新检测信道
– 一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？ 一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？
• 以上方法均无法处理！
• CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问 带冲突检测的载波监听多路访问 带冲突检测的
• 局域网中的介质访问控制方法常见的有两种： 局域网中的介质访问控制方法常见的有两种： – 载波检测多路访问 冲突检测（CSMA/CD） 载波检测多路访问/冲突检测 ）
• Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect • 采用随机访问技术的竞争型介质访问控制方法 随机访问技术的 采用随机访问技术 竞争型介质访问控制方法
– 所以，以太网规定的最小帧长度为64字节 所以，以太网规定的最小帧长度为 字节
• 3. 长度小于 字节的帧（碎片帧）都是无效帧。 长度小于64字节的帧 碎片帧）都是无效帧。 字节的帧（
与时间槽相关的几个网络参数
• 采用 采用CSMA/CD的局域网中，由于时间槽的 的局域网中， 的局域网中 限制，传输速率R、网络跨距S、 限制，传输速率 、网络跨距 、最小帧长 Fmin三者之间必须满足一定的关系： 三者之间必须满足一定的关系： Fmin＝kSR k:系数
– 最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否 最简单的思路： 正在发送（即信道忙否）。 正在发送（即信道忙否）。
• 若信道空闲，是否可以立即发送？ 若信道空闲，是否可以立即发送？
– 若有多个站点都在等待发送，必然冲突！ – 解决：等待一段随机时间 随机时间后再发（降低了冲突概率） 随机时间
• 若信道忙，如何处理？ 若信道忙，如何处理？
– 发送 发送Jam信号的目的是使所有的站点都能检测到冲突 信号的目的是使所有的站点都能检测到冲突
• 等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。 等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。
– 归结为四句话： 归结为四句话：
• 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。
• 以太网中，时间槽＝51.2µs 以太网中，时间槽＝
– 传输速率为 传输速率为10Mb/s时，一个时间槽内可发送512bits，即 时 一个时间槽内可发送 ， 64字节（所以也称一个时间槽长度为 字节） 。 字节（ 字节） 字节 所以也称一个时间槽长度为64字节 – 由此可知： 由此可知：
• 1. 冲突只可能在一帧的前 字节内发生； 冲突只可能在一帧的前64字节内发生 字节内发生； • 2. 帧长度小于 字节时，将无法检测出冲突； 帧长度小于64字节时 将无法检测出冲突； 字节时，
•发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听
• When a collision is detected, the transmitting devices send out a jamming signal. The jamming signal notifies the other devices of a collision, so that they invoke a backoff algorithm.
– 用于 用于IEEE802.3以太网 以太网 – 工作原理： 工作原理：
• 发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送； 发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送； • 如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送； 如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送； • 在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则立 在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突， 即停止发送数据，然后发送冲突强化信号（ 即停止发送数据，然后发送冲突强化信号（Jam）； ）；
– 冲突数量增加
• 各工作站需要频繁执行重发操作 • 大量的重发操作反过来又使冲突率进一步增加
– 网络延迟增大 – 延迟时间不可预计（非确定性延迟） 延迟时间不可预计（非确定性延迟）
3.4 传统以太网
• 以太网的产生与发展
– 20世纪 年代中期由施乐公司（Bob Metcalfe）提出， 世纪70年代中期由施乐公司 世纪 年代中期由施乐公司（ ）提出， 数据率为2.94Mb/s，称为 数据率为 ，称为Ethernet（以太网） （以太网）
– 可以看出 可以看出：
• 最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比； 最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比； • 传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成正比； 传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成正比； • 网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。 网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。
•发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听
• If the distance between devices is such that the latency of the signals of one device means that signals are not detected by a second device, the second device may also start to transmit. The media now has two devices transmitting signals at the same time.
•发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听
• When there is no traffic detected, a device transmits its message. While this transmission is occurring, the device continues to listen for traffic or collisions on the LAN.
第 3 章 数据链路层
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 传统以太网 3.5 局域网扩展 3.6 高速以太网
3.3 使用广播信道的数据链路层 局域网中的介质访问控制方法
两类介质共享技术： 两类介质共享技术： 静态分配:（ 静态分配 （FDM、WDM、TDM、CDM）不适用于局域网 、 、 、 ） 动态分配:（随机接入、受控接入）CSMA/CD、Token-Passing 动态分配 （随机接入、受控接入） 、
•发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听
CSMA/CD操作的流程图 操作的流程图
发送帧 Yes
媒体忙？ 媒体忙？ No 发送
延迟随机时间 No N≥16? Yes
No 发送完？ 发送完？ Yes 发送成功 No 碰撞？ 碰撞？ Yes 发送Jam 发送Jam
•发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 发前先听
• In the CSMA/CD access method, all network devices that have messages to send must listen before transmitting.
• Ethernet signals are transmitted to every host connected to the LAN using a special set of rules to determine which station can access the network. Carrier Sense Multiple Access Collision Detection (CSMA/CD)
– 令牌传递（Token Passing） ）
– Token Ring – Token Bus – FDDI • 采用受控访问技术的分散控制型介质访问控制方法 采用受控访问技术 分散控制型介质访问控制方法 受控访问技术的
(1). CSMA/CD
• 多个站点如何安全地使用共享信道？ 多个站点如何安全地使用共享信道？
– 非常重要的结论！ 非常重要的结论！
退避时间的确定（退避算法） 退避时间的确定（退避算法）
• CSMA/CD采用了截断二进制指数退避算法 采用了截断二进制指数退避算法 • 算法如下： 算法如下：
– 1. – 2. – 3. – 4. 令基本退避时间T=2a（即时间槽长度）； （即时间槽长度）； 令基本退避时间 k=min（重传次数，10）； （重传次数， ）； r=在 [0, 1, …, (2k-1)] 中随机取一个数； 中随机取一个数； 在 退避时间=rT。 退避时间 。
• 最初人们认为电磁波是通过“以太”来传播的 最初人们认为电磁波是通过“以太”