计算机网络201501CH3B

1、计算机网络教程第 3 章 3-4节 局域网n点到点信道的数据链路层n广播信道的数据链路层局域网的拓扑 匹配电阻集线器/交换机总线网星形网环形网各种拓扑优缺点n总线拓扑：n结构简单灵活，非常便于扩充；价格低、安装使用方便。 n容易出单点故障，不容易诊断错误n环形拓扑：n容错性很差n不宜于扩展n星形拓扑：n容错性好n整体性能受制于中心节点以太网的工作原理 n两个标准 nDIX 局域网标准DEC, Intel, XeroxnIEEE 802.3 局域网标准。nDIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此802.3 局域网也称为“以太网”。局域网协议层次I

2、EEE局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2适配器和局域网硬件地址至局域网适配器（网卡）串行通信CPU 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信适配器的作用 n网络适配器(adapter)或网络接口卡 NIC 或“网卡”。 n适配器的重要功能：n进行串行/并行转换。n对数据进行缓存。n实现以太网协议。 媒体共享技术n要求：成本低廉、简单方便n静态划分点到点信道n频分复用/波分复用n时分复用n动态媒体接入控制（多点接入）n随机接入n受控接入 ，如令牌法，竞争法。 n最初的以太网

3、是将许多计算机都连接到一根总线上。这样的连接方法简单可靠多点接入：共享总线 B向 D发送数据 C D A E匹配电阻匹配电阻不接受不接受不接受接受B以太网的广播方式发送 n总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。 n由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。 n其他所有的计算机（A, C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。n具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 两个特点 n无连接：不必先建立连接就可以直接发送数据。 n不可靠：不编号，不确认。n局域网信道质量n差错丢弃n单工？双工？半双工

4、？随机接入：载波监听n随机接入n同时发送数据是普遍的，冲突是必然的n载波监听B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不发送不发送不发送接受B只有 D 接受B 发送的数据1 km B 发送数据B 检测到发生碰撞ABt碰撞A 检测到发生碰撞一个节点最长经过2时间可以发现碰撞1 kmABt碰撞t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 传播速率的影响 n当某个站监听到总线是空闲时，

5、也可能总线并非真正是空闲的。 nA 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B。nB 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧(因为这时 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。n碰撞的结果是两个帧都变得无用。 碰撞检测(with Collision Detection)并及时停止数据发送n“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。n检测方法是与自己发送的信号进行比对。n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。n所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰

6、撞检测”也称为“冲突检测”。强化碰撞 n2 时间内数据没有发生碰撞，则肯定不会n当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。 n发送失败后计时，过一段时间后再发送n二进制指数类型退避算法数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。争用期n最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端

7、到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。n经过争用期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。 最短有效帧长 n1： 最长经过2可发现冲突n2：冲突检测只能局部检测 n123 ：数据不能在对方数据到达之前就发完，数据最小长度2 x发送速率n123发送速率r、传播速度v、介质最大长度L、最小数据长度F之间有一定关系 F2(L/v)*r n推论1：数据小于最小帧，要补齐长度n推论2：当收到的数据长度小于最小帧，存在冲突，丢弃争用期的长度 n以太网取 51.2 s 为争用期的长度。n对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内

8、可发送512 bit，即 64 字节。n以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 重要特性n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。 n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。 以太网有关结论n网络范围与最小数据帧的关系网络范围与最小数据帧的关系nA：发现冲突的最大时间为：发现冲突的最大时间为2 nB：节点只有同时存在发和收才能检测冲突：节点只有同时存在发和收才能检测冲突nABC ：需要：需要2 时间内数据不能发送完毕，时间内数据不能发送完毕， 存在最小帧限制，存在最小帧限制， F/r 2(L/v) 或或F 2r (L/v)nCD： 最小帧不变，发送速度提高最小帧不变，发送速度提高100倍，传倍，传播速度不变，则网络规模缩小播速度不变，则网络规模缩小100倍。倍。nAE： 2 内没有冲突，则此次发送成功内没有冲突，则此次发送成功n如果发生了冲突，需要选择时机重新发送，时机如果发生了冲突，需要选择时机重新发送，时机选择算法：选择算法：二进制指数退避算法二进制指数退避算法二进制指数类型退避算法n发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发