【网工第6版】第3章 局域网①
目录
■ CSMA CD
▲局域网架构IEEE
▲局域网拓扑结构
▲CSMA 三种监听算法
▲冲突检测原理CD(Collision Detection)
■ 二进制指数退避算法
■ 最小帧长计算
■ 以太网帧结构与封装
▲以太网帧结构
▲以太网报文封装
■ 以太网物理层标准
▲IEEE 802.3以太网(10M)
▲快速以太网802.3u（100M）
▲千兆以太网（1000M）
▲万兆以太网802.3ae（10G）
■ CSMA CD
▲局域网架构IEEE
▲局域网拓扑结构
局域网的主要特征由网络的拓扑结构、所采用的协议类型，以及介质访问控制方法决定。
局域网的拓扑结构是指连接网络设备的传输介质的铺设形式，局域网的拓扑结构主要有星型、总线型、环型和混合型。
▲CSMA
CSMA(Carrier Sense Multiple Access,载波监听多路访问)基本原理：发送数据之前，先监听信道上是否有人在发送。若有，说明信道正忙，否则说明信道是空闲的，然后根据预定的策略决定：
①若信道空闲，是否立即发送。
②若信道忙，是否继续监听。
▲CSMA 三种监听算法
- ① 非坚持型监听算法：后退随机时间
由于随机时延后退，从而减少了冲突的概率。问题是因为后退而使信道闲置一段时间，这使信道的利用率降低，而且增加了发送时延。
- ② 1-坚持型监听算法：继续监听，不等待
有利于抢占信道，减少信道空闲时间。但是，多个站同时都在监听信道时必然会发生冲突。
冲突概率和利用率都高（双高）。
只要信道变闲，就可以立即发送，如果冲突，后退再试。
- ③ P-坚持型监听算法
若信道空闲，以概率P发送，以概率（1-P）延迟一个时间单位，P大小可调整。
▲冲突检测原理CD(Collision Detection)
载波监听只能减小冲突的概率，不能完全避免冲突。
若帧比较长或两个帧发生冲突还继续发送，会浪费网络带宽。为改进带宽的利用率，发送站应采取边发边听的冲突检测方法，即：
①发送期间同时接收，并把接收的数据与站中存储的数据进行比较。
②若比较结果一致，说明没有冲突，重复（1）。
③若比较结果不一致，说明发生了冲突，立即停止发送，并发送一个简短的干扰信号（Jamming），使所有站都停止发送。
④发送Jamming信号后，等待一段随机长的时间，重新监听，再试着发送。
对总线型、星型和树型拓扑访问控制协议是CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测）。带冲突检测的监听算法把浪费带宽的时间减少到检测冲突的时间。
■ 二进制指数退避算法
二进制指数退避算法工作原理如下：
①检测到冲突后，马上停止发送数据，并等待随机时间再发送数据。
②等待的随机时间=
t是基本退避时间，可以看作固定值。Random表示随机函数。
k = min[重传次数，10]，根据公式，如果重传12次后，k=min[12，10]=10，那么可能等待的时间是t*Random[0， 1023]，一共有1024种可能。
每次站点等待的时间都是随机数，故后一次退避时间不一定比前一次长，重传次数越多，退避窗口（即Random取值）越大，从而降低冲突概率。
如果连续发生16次碰撞后，认为网络繁忙或故障，不再尝试发送。
■ 最小帧长计算
能检测到冲突条件：发送时间≥传送时间+确认时间
L/R≥2×d/v，则推出最小帧长公式：
最小帧长公式：Lmin = 2R x d/v
R为网络数据速率，d为最大距离，v为传播速度。
◎ 真题
一个采用CSMA/CD协议的网络中，传输介质是一根完整的电缆，传输速率为100Mbps，电缆中的信号传播速度是2.0*108m/s。假设最小帧长减少80位，则两个站点之间的距离应至少（）。
A.增加80米 B.减少80米 C.增加160米 D.减少160米
■ 以太网帧结构与封装
▲以太网帧结构
前面7+1字节用于时钟同步，不算入帧长。
数据+填充46～1500字节，不够至少填充到46字节。
校验位4字节，CRC循环冗余校验32位。
最小帧长64字节：6+6+2+46+4=64。
最大帧长1518字节：6+6+2+1500+4=1518。
▲以太网报文封装
■ 以太网物理层标准
▲IEEE 802.3以太网(10M)
物理介质命名规范
<传输速率Mbps><信号方式><最大传输距离（百米）或介质类型>
▲快速以太网802.3u（100M）
掌握几种标准的传输介质，使用2对还是4对，采用屏蔽线还是非屏蔽线。
.UTP为非屏蔽双绞线，STP为屏蔽双绞线。
.100Base-TX采用4B/5B编码。
▲千兆以太网（1000M）
千兆以太网两个标准802.3z和802.3ab（1000BASE-T），千兆需要4对双绞线，达到100米传输。1000BASE-LX标准可以使用单模和多模光纤传输。
千兆以太网编码方法：4B/5B或8B/9B。
编码总结
▲万兆以太网802.3ae（10G）
万兆以太网标准：IEEE802.3ae，支持10G速率，可用光纤或者双绞线传输。
万兆以太网应用于点到点线路，不再共享带宽，没有冲突检测，载波监听和多路访问技术也不再重要。
万兆以太网和万兆以太网采用与传统以太网同样的帧结构。
至此，本文的内容就结束啦。