深入浅出计算机网络 day.8 第三章 数据链路层 3.4 ②
祝我看似低矮，万山尽开
—— 24.4.14
一、CSMA/CD协议的基本原理
在以太网的发展初期，人们普遍认为”无源的电缆线比有源器件可靠“，因此将多个站点连接在一条总线上来构建共享总线以太网
共享总线以太网具有天然的广播特性，即使总线上某个站点给另一个站点发送单播帧，显示帧的信号也会沿着总线传播到总线上的其他各站点
当某个站点在总线上发送帧时，总线资源会被该站点独占，此时，如果总线上的其他站点也要在总线上发送帧，就会产生信号碰撞
当两个或多个站点同时使用总线发送帧时，就会产生信号碰撞
CSMA/CD，是载波监听多址接入/碰撞检测的英文缩写词
多址接入MA 载波监听CS 碰撞检测CD
强化碰撞
载波监听检测到总线空闲，但总线并不一定空闲
使用CSMA/CD协议的共享总线以太网上的各站点，只是尽量避免碰撞并在出现碰撞时做出退避后重发的处理，但不能完全避免碰撞
在使用CSMA/CD协议时，由于正在发送帧的站点必须”边发送帧边检测碰撞“，因此站点不可能同时进行发送和接收，也就是不可能进行全双工通信，而只能进行半双工通信（双向交替通信）
例题
CDMA:码分多址
TDMA:时分多址
FDMA:频分多址
二、共享式以太网的争用期、最小帧长、最大帧长
使用CDMA/CD协议对共享总线以太网上的任意站点在发送帧的过程中都可能会遭遇碰撞
问题：
某个站点从发送帧开始，最长要经过多长时间，才能检测出自己发送的帧与其他站点发送的帧产生了碰撞？
应当考虑位于共享总线以太网两端的两个站点发送的帧产生碰撞的情况
站点从发送帧开始，最多经过时长2tao，就可检测出所发送的帧是否遭遇了碰撞
因此，共享总线以太网的端到端往返时间2tao被称为争用期或碰撞窗口，它是一个非常重要的参数
若站点从发送帧开始，经过争用期2tao这段时间还没有检测到碰撞，就可以肯定这次发送不会产生碰撞。
从争用期的概念可以看出，共享总线以太网上的每一个站点从发送帧开始，到之后的一小段时间内，都有可能遭遇碰撞，而这一小段时间的长短是不确定的，它取决于另一个发送帧的站点与本站点的距离但不会超过总线的端到端往返传播时延，即一个争用期2tao。
很显然，总线的长度越长(单程端到端传播时延越大)，网络中站点数量越多，发生碰撞的概率就越大
因此，共享以太网的总线长度不能太长，接入的站点数量也不能太多10MB/s共享总线以太网（传统以太网）规定：争用期2tao的值为512比特的发送时间，即51.2微秒
例题
以太网的最大帧长
例题
*三、共享式以太网的退避算法和信道利用率
01.共享式以太网的退避算法
02.共享式以太网的信道利用率
1.共享式以太网的退避算法
在使用CSMA/CD协议的共享总线以太网中，正在发送帧的站点一边发送帧一边检测碰撞，当检测到碰撞时就立即停止发送，退避一段随机时间后再重新发送
如何选择这段随机时间呢？
共享总线以太网中的各站点采用截断二进制指数退避算法来选择退避的随机时间
如果连续多次发生碰撞，就表明可能有较多的站点参与竞争信道，但使用上述退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（即动态退避），因而减小产生碰撞的概率
当重传达到16次仍不能成功时，就表明同时打算发送帧的站点太多，以至于连续产生碰撞，此时应放弃重传并向高层报告
2.共享式以太网的信道利用率
例题：
四、使用集线器的共享式以太网
早期的传统以太网是使用粗同轴电缆的共享总线以太网，后来发展到使用价格相对便宜的细同轴电缆
当初认为这种链接方式即简单又可靠，因为在那个时代普遍认为有源器件不可靠，而无源的电缆线才是最可靠的
然而，实践证明这种使用无源电缆线和大量机械接口的总线型以太网并不像人们想象的那么可靠
在使用细同轴电缆的共享总线以太网之后，以太网发展出了一种使用大规模集成电路来替代总线，并且可靠性非常高的设备，叫做集线器（Hub）
站点连接到集线器的传输媒体也转而使用更便宜，更灵活的双绞线电缆
集线器的主要特点如下：
使用集线器的以太网虽然物理拓扑是星型的，但在逻辑上仍然是一个总线网。总线上的各站点共享总线资源，使用的还是CSMA/CD协议。
集线器只工作在物理层，它的每个接口仅简单地转发比特，并不进行碰撞检测。碰撞检测的任务由各站点中的网卡负责。
集线器一般都有少量的容错能力和网络管理功能。例如，若网络中某个站点的网卡出现了故障而不停地发送帧，集线器可以检测到这个问题，在内部断开与出故障网卡的连线，使整个以太网能正常工作。
使用细同轴电缆的共享总线型以太网和使用双绞线和集线器的星型拓扑的共享式以太网
若网络中有多个主机要发送帧，对于这两种不同拓扑的共享式以太网，都会出现碰撞的情况
例题：
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