傳輸與接入考試培訓(xùn)以太網(wǎng)Ethernet

  10.2.2  以太網(wǎng)Ethernet
  IEEE 802.3定義了一種基帶總線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其速率為共享總線10 Mb/s。標(biāo)準(zhǔn)包含MAC子層和物理層的內(nèi)容。
  根據(jù)物理層介質(zhì)的不同Ethernet可分為10 Base-2(基帶粗同軸)、10 Base-5(基帶細(xì)銅軸)、10 Base-T(基帶雙絞線)、10 Base-FL(基帶光纖)幾種類型。在MAC子層，共享介質(zhì)的訪問控制采用CSMA/CD協(xié)議(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。由于歷史的原因，人們習(xí)慣上將采用IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)稱為Ethernet。
  1．帶有碰撞檢測的載波偵聽多點訪問法(CSMA/CD)
  CSMA/CD含有兩方面的內(nèi)容，即載波偵聽(CSMA)和沖突檢測(CD)。CSMA/CD訪問控制方式主要用于總線型和樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基帶傳輸系統(tǒng)。信息傳輸是以“包”為單位，簡稱信包，發(fā)展為IEEE 802.3基帶CSMA/CD局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
  CSMA/CD的設(shè)計思想如下：
  1) 偵聽(監(jiān)聽)總線
  查看信道上是否有信號是CSMA系統(tǒng)的首要問題，各個站點都有一個“偵聽器”，用來測試總線上有無其他工作站正在發(fā)送信息(也稱為載波識別)，如果信道已被占用，則此工作站等待一段時間后再爭取發(fā)送權(quán)；如果偵聽總線是空閑的，沒有其他工作站發(fā)送的信息就立即搶占總線進(jìn)行信息發(fā)送。查看信號的有無稱為載波偵聽，而多點訪問指多個工作站共同使用一條線路。
  CSMA技術(shù)中要解決的另一個問題是偵聽信道已被占用時，等待的一段時間如何確定。通常采用以下兩種方法：

  方法一：當(dāng)某工作站檢測到信道被占用后，繼續(xù)偵聽下去，一直等到發(fā)現(xiàn)信道空閑后，立即發(fā)送，這種方法稱為持續(xù)的載波偵聽多點訪問。
  方法二：當(dāng)某工作站檢測到信道被占用后，就延遲一個隨機(jī)時間，然后再檢測，不斷重復(fù)上述過程，直到發(fā)現(xiàn)信道空閑后，開始發(fā)送信息，這種方法稱為非持續(xù)載波偵聽多點訪問。
  2) 沖突檢測(碰撞檢測)
  當(dāng)信道處于空閑時，某一個瞬間，如果總線上兩個或兩個以上的工作站同時都想發(fā)送信息，那么該瞬間它們都可能檢測到信道是空閑的，同時都認(rèn)為可以發(fā)送信息，從而一齊發(fā)送，這就產(chǎn)生了沖突(碰撞)；另一種情況是某站點偵聽到信道是空閑的，但這種空閑可能是較遠(yuǎn)站點已經(jīng)發(fā)送了信包(由于在傳輸介質(zhì)上信號傳送的延時，信包還未傳送到此站點的緣故)，如果此站點又發(fā)送信息，則也將產(chǎn)生沖突，因此消除沖突是一個重要的問題。
  首先可以確認(rèn)，沖突只有在發(fā)送信包以后的一段短時間內(nèi)才可能發(fā)生， 因為超過這段時間后，總線上各站點都可能聽到是否有載波信號在占用信道，這一小段時間稱為碰撞窗口或碰撞時間間隔。如果線路上最遠(yuǎn)兩個站點間信包傳送延遲時間為d，碰撞窗口時間一般取為2d。沖突檢測的方法有兩種：比較法和編碼違例判決法。
  所謂比較法，是指發(fā)送節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)同時，將其發(fā)送信號波形與從總線上接收到的信號波形進(jìn)行比較。如果總線上同時出現(xiàn)兩個或兩個以上的發(fā)送信號，則它們疊加后的信號波形將不等于任何節(jié)點發(fā)送的信號波形。當(dāng)發(fā)送節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己發(fā)送的信號波形與從總線上接收到的信號波形不一致時，表示總線上有多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，沖突已經(jīng)產(chǎn)生。所謂編碼違例判決法，是指只檢測從總線上接收的信號波形。如果總線只有一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，則從總線上接收到的信號波形一定符合差分曼徹斯特編碼規(guī)律。因此，判斷總線上接收信號電平跳變規(guī)律同樣也可以檢測是否出現(xiàn)了沖突。
  3) 沖突加強(qiáng)
  如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過程中檢測出沖突，在CSMA/CD介質(zhì)存取方法中，首先進(jìn)入發(fā)送“沖突加強(qiáng)信號(Jamming Signal)”階段。CSMA/CD采用沖突加強(qiáng)措施的目的是確保有足夠的沖突持續(xù)時間，以使網(wǎng)中所有節(jié)點都能檢測出沖突存在，廢棄沖突幀，減少因沖突浪費的時間，提高信道利用率。沖突加強(qiáng)中發(fā)送的阻塞(JAM)信號一般為4字節(jié)的任意數(shù)據(jù)。
  4) 重新發(fā)送數(shù)據(jù)
  完成“沖突加強(qiáng)”過程后，節(jié)點停止當(dāng)前幀發(fā)送，進(jìn)入重發(fā)狀態(tài)。進(jìn)入重發(fā)狀態(tài)的第一步是計算重發(fā)次數(shù)。IEEE 802.3協(xié)議規(guī)定一個幀最大重發(fā)次數(shù)為16次。如果重發(fā)次數(shù)超過16次，則認(rèn)為線路故障，系統(tǒng)進(jìn)入“沖突過多”結(jié)束狀態(tài)。如重發(fā)次數(shù)N≤16，則允許節(jié)點隨機(jī)延遲后再重發(fā)。
  在計算后退延遲時間，并且等待后退延遲時間到之后，節(jié)點將重新判斷總線忙、閑狀態(tài)，重復(fù)發(fā)送流程。
  如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過程中沒有檢測出沖突，在數(shù)據(jù)幀發(fā)送結(jié)束后，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。
  CSMA/CD的發(fā)送流程可簡單地概括成四點：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停止，隨機(jī)延遲后重發(fā)。其流程見圖10.3。

  從以上可以看出，任何一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)都要通過CSMA/CD方法去競爭總線使用權(quán)，從它準(zhǔn)備發(fā)送到成功發(fā)送的發(fā)送等待延遲時間是不確定的。因此CSMA/CD方法為隨機(jī)競爭型介質(zhì)訪問控制方法。
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