第05讲 使用广播信道以太网

3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层
局域网最主要的特点： 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站
点数目均有限。 局域网的技术要素： （1）网络拓扑结构 （2）介质访问控制方法
课件制作人：常革新
局域网的拓扑结构
集线器
总线网
匹配电阻
共享媒体 星形网
干线耦合器
环形网
树形网
课件制作人：常革新
第 3 章 数据链路层
课前提问 1. 局域网有那些特点？哪些种拓扑结构？ 2. 共享信道有哪两种介质访问控制技术？ 3. 试解释CSMA/CD协议？ 4. 以太网的争用期是多少？ 5. 扩展局域网需要哪些设备？
课件制作人：常革新
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层
课件制作人：常革新
以太网的争用期
最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线 上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因 为总线上没有有源器件。
总线的特点
当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能 检测到这个数据。这种通信方式是广播通信。
仅当数据帧中的目的地址与计算机的地址一致时，该 计算机才能接收这个数据帧。计算机对不是发送给自 己的数据帧，则一律不接收。
局域网最主要的特点： 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站
点数目均有限。 局域网具有的主要优点： （1）能方便地共享信道、共享外部设备、主机
以及软件、数据。从一个站点可访问全网。 （2）便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的
位置可灵活调整和改变。 （3）提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
课件制作人：常革新
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。
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
在有了“载波监听”的信道上为什么还会发生 “碰撞”呢？这是由于电磁波在总线上的有限传 播速率的影响。
A
t=0
1 km
碰撞
t A 检测到发生碰撞
t = 2
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道 上是否有“碰撞”发生。
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。
t= t=
单程端到端
传播时延记为
B
t= B B 检测到信道空闲
发送数据 t=/2 B 发生碰撞 t= B B 检测到发生碰撞 停止发送
B
CSMA/CD 协议
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，以便让所有用户都知道现在已 经发生了碰撞。
课件制作人：常革新
总线拓扑的以太网
最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线 上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因 为总线上没有有源器件。
匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）
匹配电阻
A 不接受
只有 D 接受 B 发送的数据
B
B向 D 发送数据
C 不接受
D 接受
E 不接受
课件制作人：常革新
总线拓扑的以太网
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
实际上“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检 测信道上信号的电压值的变化。 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”。
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
在有了“载波监听”的信道上为什么还会发生 “碰撞”呢？这是由于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
课件制作人：常革新
共享媒体技术
静态划分信道 频分复用、时分复用、波分复用和码分复用
动态媒体接入控制（多点接入） 随机接入 随机接入的特点是所有的用户 可随机地发送信息。如以太网的CSMA/CD。 受控接入 受控接入的特点是用户不能随 机地发送信息而必须服从一定的控制。如令 牌环网的Token Ring。
具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
CSMA/CD 表示 载波监听多点接入/碰撞检测。 “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。 “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测 信道上是否有“碰撞”发生。
计算机网络（第 5 版）
第 3 章 数据链路层
课件制作人：谢希仁
第 3 章 数据链路层
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议
3.4 使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的 MAC 层
B 检测到发生碰撞
传播时延对载波监听的影响
B
B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
课件制作人：常革新
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
t= 0
A 检测到 信道空闲
ALeabharlann Baidu
发送数据
A
B 检测到发生碰撞
A
t = 2 A 检测到 发生碰撞
A
STOP A
STOP
B B 发送数据
课件制作人：常革新
CSMA/CD 协议
强化碰撞 A
A 发送数据
TB A 检测 到冲突
TJ t
B 发送数据
开始冲突
B
信 道 占 用 时 间
课件制作人：常革新
使用CSMA/CD的以太网
重要特征 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全 双工通信而只能进行双向交替通信（半双工 通信）。 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存 在着遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通 信量远小于以太网的最高数据率。