csmacd协议在第几章

将介绍 csmacd 协议早期的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上，当初认为这种连接方法既简单又可靠，因为在那个时代普遍认为有元器件不可靠，而无元的电缆线才是最可靠的。 我们知道懂线上只要有一台计算机在发送数据，懂线的传输资源就会被占用，因此在同一时间只能允许一台计算机发送数据，否则各计算机之间就会互相干扰，指的所发送数据被破坏。 例如懂线本身空弦，主机 b 和主机 c 同时发送数据和传输信号发生碰撞，也可以称为冲突。又例如， 主机 b 正在占用总线传输数据，主机 c 也要发送数据和传输信号发生碰撞。从以上两个例子可以看出，尽管以太网采用的这种随机接入总线的方式非常简单，但是他不可避免的会产生传输信号的碰撞。 如何协调总线上各主机的工作？这是以太网要解决的一个重要问题。如果采用这种最简单的随机接入，则必须要有很好的协议，用来减少碰撞发生的概率。 底太王采用 c s m a c d 协议来协调总线上各主机的工作，减少碰撞发生的概率。 c s m a c d 的意思是再拨监听，多点接入碰撞检测。多点接 入是指多个主机连接在一条总线上，竞争使用总线。再拨监听是指主机在发送数据前先检测总线，若总线空前，则立即发送。 若总线忙，则持续检测总线，直到总线空闲时立即发送。我们将其比喻为先听后说，所谓听，就是监听信道，所谓说就是发送数据 碰撞检测。这只主机获取总线使用权后，边发送数据边检测碰撞， 若检测到碰撞，则立即停止发送，对比一段随机时间后再重新发送。我们将其比喻为边说边听，一旦称呼，立即停说，等待时 机重新再说。初学者可能会有这样的疑问，主机在发送之前已经对信道进行了再拨监听，发现信道空闲后才开始发送数据。那为什么发送数据的同时还要检测碰撞呢？这不是多此一举吗？ 这是因为在播间厅检测到总线空闲，但总线未必真正空闲，这是由于传播实验引起的。下面我们来详细看看 cs、 macd 的工作原理。我们将多个主机连接在同一根总线上，他们竞争使用这根总线。 假设主机 c 正在使用总线发送针，不久之后主机 b 有针要发送，他首先进行再拨监听，发现总线盲， 于是继续检测总线。当主机币检测到总线空闲之后，就立即开始发送。 主机 b 边发送针边检测碰撞，之后不久，主机 c 也有针要发送，很显然都将产生碰撞。 主机 c 在检测到碰撞后，立即停止发送，并退避一段随机时间，以便重新发送。主机 b 在检测到碰撞后，与主机 c 的处理方式相同。 这里需要说明的是，对于发送信道和接收信道使用同一传输媒体，例如同轴电缆，他们的检测碰撞的方法可以检测接收信号强度，也可以比较已发送和已接收数据是否一致。后面这种 方法仅适用于正在发送的主机，要使总线上其他主机也知道发生了碰撞，则正在发送的主机检测到碰撞后，立即停止发送针的剩余部分， 额外发送三十二或者四十八比特的干扰信号，以便让总线上其他主机知道发生了碰撞。 征用期是 c s m a c d 中比较重要的概念，下面我们具体看看它的含义。 假设主机 a 和主机 d 处于以太网的两端，信号从主机 a 传输到主机 b 的时长即为套， 也称为以太往郸城端到端的传播食言。我们以垂直方向为时间轴，在 t 等于零的时刻，主机 a 想 发送针，于是再拨监听，发现总线空闲，此时总线确实是空闲的，于是就立即发送，边发送边检测碰撞。 在套减去德尔塔的时刻，主基地也想发送真，于是赛博监听 发现总线空闲，但总线实际上并不空闲，只是主基地检测不出来，于是主基地就开始发送，边发送边检测碰撞。 很显然，主 g a 发送的信号和主 g d 发送的信号在之后的某个时刻必然会产生碰撞，产生碰撞的时刻具体为号，减去二分之 dart， 碰撞信号经过 二分之灯塔的时长，首先到达主基地，主基地检测到碰撞后，立刻停发退避一段随机时间，以便重新发送。 一段时间后，主机 a 也检测到碰撞，他立刻停发退避一段随机时间，以便重新发送。主机 a 检测到碰撞的时刻为二套。点击德尔塔。 从我们的示意图上很容易看出。综上所述，主机边发送针边检测碰撞， 最多经过二套的时长就可以检测到本次发送是否遭遇了碰撞。我们之前说过号是以太网单程端到端的传播食言，那么二套就是以太网 关到关的往返实验，我们将其称为征用期或碰撞窗口。主机边发送针边检测碰撞。经过征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。 对于早期带宽为十兆比特每秒的传统以太网，二套的曲值为五十一点二微秒，这相当于以太网的最大端到端的距离为五公里， 以太网的实际覆盖范围远没有这么大。对于十兆带宽的传统以太网，最大距离为二点五公里，对于一百兆带宽的以太网缩减到一百米。因此使用的传统以太网都能在五十一点二微秒内检测到可能发生 碰撞。传统以太网的征用期规定为五十一点二的微秒，不仅考虑了传统以太网的端到端食言，还包括其他很多因素，例如如果使用转发器， 则要包括转发器带来的食言。另外，强化碰到干扰信号的持续时间也会带来一定的食言。 以太网的最短真长也是一个比较重要的概念，下面我们来看看为什么会提出这样的概念。 主机 a 给主机 d 发送针，边发送边检测碰撞。如果这个针很短，主机 a 很快就将该针发送出去了，此时该针的信号正在总线上传播，而主机 a 不再针对该针检测碰撞，即使 检测到碰撞，他也不知道是该针遭遇的碰撞。按图中所示，某个时刻主机 c 想发送针，检测到总线空闲就立即发送，而此时总线实际上并不空闲， 主机 a 发送的针的信号还在传输，因此必然产生碰撞。对于主机 d 而言，当他接收到遭遇碰撞的针时，可以检测出该针遭遇的碰撞，于是丢弃该针。 然而，对于主基 a， 他并不知道自己所发动的针遭遇了碰撞，不会给主基地重发该针。从这个例子可以看出，乙太网的针长不能太短，这样就有了乙太网最短针长的概念。我们 前面讲过征用期的概念，主机边发送针边检测碰撞。经过征用期这么长时间还未检测到碰撞，就表明本次传输不会产生碰撞。因此，针的长度应使得发送时长不小于征用期。 对于传统以太网，增用期为五十一点二微秒，带宽为持兆比特每秒，因此最短增长为五百一十二个比克，也就是六十四字节。 换句话说，以太往的最短针长，确保了主机可在针发送完成之前就检测到针发送过程中是否遭遇了碰撞。如果检测到碰撞，则停止发送针的剩余部分，退避随机时间后 新发送该针。既然有最短针长，那么有没有最大针长呢？再来看看这个例子，主机 a 有一个很长的针要发送给主机 d， 他长时间占用总线， 导致其他主机迟迟得不到总线使用权。另外，对于主机地的接收缓存，可能也无法接收一个非常长的针，因此，以太晚规定一个最大针长也是有必要的。 这是以太网版本二的 mac 针格式，它的手部和尾部共十八个字节， 数据载册部分最少要携带四十六字节内容，以满足六十四字节的最小正常，而最多能携带一千五百字节的内容，因此最大 真长为一千五百一十八字结，这是插入四字结微烂标记后的八零二点 eq 真格式。数据概括部分也是最多能携带一千五百字结内容，加上手部和尾部共二十二个字结，最大真长为一千五百二十二个字结。 之前介绍过，主机边发送针边检测碰撞，当检测到碰撞时，立即停止发送，并退避一段随机时间。 那么具体怎么做呢？可以采用截断的二进制指数退币算法，具体如下，选用一个基本的退币时间，然后将基本退币时间乘以一个随机数啊，这样就得到了退币时间。 基本退利时间选用征用期二套随机数 r 是从离散的整数集合零一一直到二的 k 四点一。在这样一个集合中随机选出一个，其中 k 从重传次数和十中选最小。 也就是说，重传次数在十以下时， k 的取值等于重传次数，而重传次数超过十时， k 的取值就为十，这也是算法名称中截断二字的含义。下面我们来看一个例子， 当进行第一次同船时， k 的取值为一。比散的整数集合为零和一两个元素标可能配对的时间为零乘 二套，一乘二套。当进行第二次乘船时， k 的取值为二。雨伞的整数集合包含零一、二、三四个元素，则可能退避的时间为零乘二套、一乘二套、二乘二套、三乘二套。 当进行第十二次重传时， k 的取值为十。注意，不是取十二里彩的整数集合为零一、二三一直到幺零二三， 则可能退避的时间为零乘二套，一乘二套，一直到幺零二三乘以二套。当连续多次发生碰撞，就表明可能有较多的主机参与，竞争性大。但使用上述算法可使重船需要推 的平均时间随着同船次数而增大，这也称为动态 kb， 因而减少发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。 当重传达十六次仍不能成功的时候，这表明同时打算发送数据的主机太多，以至于连续发生碰撞，则丢弃该针并向高层报告。 下面我们来看看以太网信道利用率的问题。使用 csmacd 的主机发送一针所需的平均时间包括三个部分， 一部分是可能发生多次碰撞，进行多次退避所耗费的时间。例如分贝二套，一部分是针的发送时延期零，这取决于针的长度 和线道带宽。还有一部分是端到端的传播实验套，这是真的最后一笔课，从一端传播到另一端所耗费的时间，之后懂线才能空闲。 真的发送时言替零除以发送一针所需的平均时间即为信道利用率。这里我们考虑一种理想的情况，也就是传输过程中没有发生碰撞。那么我们可以得出极限信道利用率的计算公式如下， 将分子和分母同除以 t 零，可以得到如下形式，将 to 除以 t 零，即为 a。 参数 a 的值应该尽量小，以提高信道利用率。 要使参数 a 减小，则应减小套并增大提零。减小套意味着以太网端到端的距离受到限制，增大提零意味着以太网的真长应该尽量的大一些。 最后为了方便大家理解，我们给出 csmacd 协议的真发送流程， 这是再拨监听的部分，这是碰撞检测的部分，这是检测到碰撞后的处理部分。 需要注意的是，在灾波天津部分有一个之前未介绍的概念，就是主机在检测到信道空前后，还要等待一个针尖最小间隔九点六微秒才能开始发送针。这样做就为了使刚刚收到舒比敦的主机，他 接收缓存来得及清理，以便做好接收下一针的准备。下面给出针的接收流程，重点在于针接收完成后，如何判断接收到的针是否有效。 如果针长小于最短针长，则针遭遇了碰撞。如果针的目的地址不匹配，则表明该针并不是发送给该主机的。最后还要使用 crc 循环泳鱼教练算法检查针是否有误码，只有正确的针才能被接受。 本节课的主要内容总结如下， 需要说明的是， c s m a c d 协议曾经用于各种总线结构以太网和 双角线以太网的早期版本，而现在的以太网基于交换机和全双工连接，不会产生碰撞，因此没有必要使用该协议。 但是该协议是一个比较经典的协议，通过学习该协议，可是我们加深对数据电路层所要完成工作的理解，进一步找到入门计算机网络的感觉。下面我们来进行一个仿真实验。 本实验的内容主要是为了验证总线型以太网的特性，例如广播特性，例如各主机对总线的竞争使用以及可能产生的碰撞。 我们首先拖动三台计算机到国际工作空间， 我们使用极限器将他们互联起来， 这里使用自动连线将每台计算机连接到极限器上。 这个网络拓谱的从表面上看是个心形的结构，但它实际上是一个走线型的结构，我们可以把这三根连线呢看成是一条走线，这是极限器的特性所决定的。 下面我们给每台计算机配置一个 ip 地址， 请注意现在处于实时模式下，我们需要让各计算机互相发送一个数据包，这样各计算机的 arp 高速款存就会进入网络中，其他主机的 ip 地址和相应的 mac 地址。 这样做的目的在于防止我们后续实验中出现 a r p 广播请求，进而影响我们对实验现象的观察。 我们选择右下角的箭头，然后将刚才的那个场景把它删除掉。 现在我们可以切换到帆布模式，我们让左边的计算机给下面的计算机发送一个 s m p 的豹纹， 那下面这台计算机收到 s m p 报文后呢，会给左边的这台计算机发回一个响应，那我们看一下具体的传输过程。数据八 发出后呢？到达极限器以后呢，我们看极限器是将它广播出来。那么上面的这台主机收到这个数据包以后呢，根据数据包的目的， mac 地址呢， 和他自己的 mac 地址呢是不匹配的，所以他不接收。而下面这台主机呢，发现数据包和他的 mac 地址是匹配的，所以他就要发回一个响应，那么响应数据包到了极限期以后又是被广播出去， 那么右上角的这个计算机呢？同理，这个数据包它 mac 地址呢，和它的这个 mac 地址不匹配，而左边这台计算机匹配，所以就接收，这就是总限行以太网的广播特性。我们把刚 才的这个删除掉，然后呢我们再次呢让左边的计算机 给右边这个计算机发送数据包，同时呢我们让下面这台计算机也给右上方这个计算机发送数据包。 好进行，我们会看到产生的碰撞，并且碰撞后的信号呢又传送到了抖线上的各个地方，每台主机呢都可以检测到这个碰撞的信号。 本次实验呢就到这里结束了，期待您的参与，下节课见。