第三章 數據鏈路層 3.3使用廣播信道的數據鏈路層

鏈路:從一個結點到相鄰結點的一段物理線路
數據鏈路:數據在鏈路上傳遞時,除了必須有一條物理線路外,還必須有一些必要的通信協議來控制這些數據傳輸。若把實現這些協議的硬件和軟件加到鏈路上,就構成了數據鏈路。實現方法是使用網絡適配器。(如撥號上網用的撥號適配器,通過以太網上網使用的局域網適配器)
網絡適配器(就是網卡),計算機內置,用於實現數據鏈路層協議。一般的適配器都包含數據鏈路層和物理層這兩層的功能。
數據鏈路層解決的三個基本問題是:封裝成幀、透明傳輸和差錯檢測。
數據鏈路層使用的信道分爲:點對點信道和廣播信道
點對點信道使用的是點對點PPP協議。
廣播信道:局域網->現多指以太網
局域網涉及物理層和數據鏈路層兩部分。
局域網的拓撲結構有:星型網 環型網 總線型 樹型網
星型網:集線器
環型網:令牌環型網(簡稱令牌環)
總線型:使用CSMA/CD協議,現在以演進爲星型網
局域網共享信道分爲:1.靜態劃分信道(頻分複用,時分複用,波分複用,碼分複用等),但不適合局域網
                                      2.動態媒體接入控制(多點接入)
現在來說局域網大多就是以太網
關於以太網的標準DIX Ethernet V2與IEEE 802.3
IEEE 802委員會把局域網的數據鏈路層分爲邏輯鏈路層LLC和媒體接入控制MAC
現在局域網只剩下DIX Ethernet V2因此IEEE 802制定的LLC的作用已經消失了。廠家生產的適配器上就僅裝有MAC協議而沒有LLC協議。
適配器:以前是主機箱內插入的一塊網絡接口板(也稱爲網卡),現在大多內嵌在主板上。適配器上有處理器和存儲器(RAM,ROM)
適配器和局域網之間的通信是通過電纜或者雙絞線以串行傳輸的方式進行的。適配器和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以並行傳輸的方式進行的。
適配器功能:數據串行傳輸和並行傳輸的轉換,因此必須裝有對數據進行緩存的存儲芯片。若在主板上插入適配器,則還需要驅動程序。此驅動程序告知適配器,應當從存儲器的什麼位置上把多長的數據塊發送到局域網,或者應該在存儲器的什麼位置上存放局域網傳來的數據。
適配器還能實現以太網協議。
適配器接受發送不使用計算機CPU: 錯誤幀:丟棄
                                                            正確幀:交付給網絡層
計算機的硬件地址在適配器的ROM中,IP地址在計算機的存儲器中

以太網的工作方法:
1.採用無連接的工作方式。出錯就丟棄幀,是否重傳由高層決定。例如如果使用了TCP/IP協議,那麼TCP就會發現丟失了幀,TCP會重傳,但是以太網並不知道這是在重傳,而是當做新的數據幀傳遞。
2.使用曼徹斯特編碼
3.採用CSMA/CD(載波監聽多點接入/碰撞檢測)

CSMA/CD詳解
1.傳播時延(propagation delay)電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。公式:

設A,B相距1km,用同軸電纜相連。電磁波在1km電纜的傳播時延約爲5us。
在局域網分析中,常把總線上端到端傳播時延記爲г。
A發送數據後,最遲要經過2г才能發現有無碰撞發送
使用CSMA/CD時,以太網進行的是半雙工通信
如圖:解釋



每個站點在發送數據之後的一小段時間內,存在着遭遇碰撞的可能性。這一小段時間是不確定的。以太網稱這一特點爲發送的不確定性
發送數據幀的A站至多經過時間2г就可以知道所發送的數據幀是否遭受碰撞。稱2г爲爭用期
經過爭用期這段時間沒有發送碰撞才能肯定這次發送不會發送碰撞。
以太網把爭用期定爲51.2us。對於10Mb/s以太網,在爭用期內可發送512bit,也就是64字節。
可以看出,如果幀的前64字節沒有發送衝突,那麼後續的數據就不會發送衝突。如果發送衝突,一定發生在前64字節內,由於一檢測到衝突就立即中止發送,這時已經發送出去的數據一定小於64字節,因此以太網規定了最短有效幀64字節,凡長度小於64字節的幀都是由於衝突而異常中止的無效幀。

那麼如果發生衝突,推遲多久再發送數據呢?
並不是發生衝突後立即從新發送數據幀,而是要推遲一個隨機時間,這樣做是爲了減小再次衝突的概率。具體時間是多少,採用截斷二進制指數退避算法。
具體算法如下:


還需要注意到,適配器每發送一個新的幀,就執行一次CSMA/CD,適配器對過去發生過的碰撞並無記憶功能。

強化碰撞:發送數據的站一旦發生了碰撞時,除立即停止發送數據外,還要再發送32bit或48bit的認爲干擾信號,以便讓所有的用戶都知道已經發生了碰撞。對於10Mb/s以太網,發送32bit只需要3.2us

以太網幀間最小間隔爲9.6us

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