计算机网络——CSMA/CD协议

局域网的数据链路层

局域网的特点是网络为一个单位所拥有，且地理和站点数目均有限
局域网的优点：
（1）具有广播功能，从一个站点可以很方便地访问全网，局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源
（2）便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变
（3）提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
共享信道要着重考虑的一个问题就是如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源。
（1）静态划分信道，用户只要分配到了信道就不会和其他用户发生冲突。但代价较高。
（2）动态接入控制，又称为多点接入，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。
随机接入 所有的用户可以随机地发送信息。如果恰巧又两个或者更多的用户在同一时刻发送消息，那么在共享媒体上就会产生碰撞。
受控接入 用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。

IEEE 802委员会把局域网的数据链路层拆分成两个子层，即逻辑链路控制LLC和媒体接入控制MAC两个子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层与传输媒体无关，不管采用何种传输媒体和MAC子层的局域网对LLC子层来说都是透明的。

CSMA/CD协议

总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。为了在总线上实现一对一的通信，可以使每一台计算机的适配器拥有一个与其他适配器都不同的地址。在发送数据桢时，在帧的首部写明接收站的地址。仅当数据帧中的目的地址与适配器ROM中存放的硬件地址一致时，该适配器才能接收这个数据帧。（由此可以通过网卡的混合模式来做网络嗅探）。
为了通信的简便，以太网采取了以下两种措施：
1）采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。适配器对发送的数据帧不进行编号，也不需要对方回发确认。这样做可以使以太网工作起来非常简单。所以以太网提供的服务是尽最大努力的交付，即不可靠服务。
对有差错重传则由高层来决定，但以太网并不知道这是重传帧，而是当作新的数据帧来传送。

2）以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码信号。

CSMA/CD协议要点：
多点接入 许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”。
载波监听 就是监听信道，不管在发送前，还是在发送中，每个站都必须不停地检测信道。
在发送前检测信道，是为了获得发送权。在发送中检测信道，是为了及时发现有没有其他站的发送和本站发送的碰撞。
碰撞检测 适配器边发边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压变化幅度将会增大（相互叠加）
由于电磁波在1km电缆的传播时延为5us因此，A向B发送的数据，在约5us后才能传送到B。
显然，在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收。因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行半双工通信。
每个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。因此以太网不能保证某一段时间之内一定把自己的数据帧成功地发送出去。
最先发送数据帧的A站，在发送数据帧后至多经过时间2t就可以知道所发送的数据帧是否遭受了碰撞。因此这个时间段称为争用期。争用期又称为碰撞窗口，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。
以太网使用截断二进制指数退避算法来确定碰撞后重传的时机。
以太网规定了最短帧长度为64字节，即512bit。如果要发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于64字节。对于10Mb/s，发送512bit的时间需要51.2us，也就是上面提到的争用期。
由此可见，以太网在发送数据时，如果在争用期没有发生碰撞，那么后续发送的数据就一定不会发生冲突。如果发生碰撞，就一定是在发送前64字节之内。
因此 凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而一场中止的无效帧
以太网还规定了帧间最小间隔为9.6us相当于96比特时间。

CSMA/CD协议的要点如下：
（1）准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的环从中。但在发送之前，必须首先检测信道。
（2）检测信道：若检测到信道忙，则不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道空闲，并在96比特时间内信道保持空闲（保证帧间最小间隔），就发送这个帧。
（3）在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发边监听。

以太网的MAC层

1.MAC层的硬件地址
在局域网中，硬件地址又称为物理地址或者MAC地址。在所有计算机系统的设计中，标识系统都是一个核心问题。在标识系统中，地址就是为识别某个系统的一个非常重要的标识符。
名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。