使用广播信道的数据链路层 CSMA/CD协议

广播信道主要用于局域网。

局域网的数据链路层 


局域网最主要的特点是:

  • 网络为一个单位所拥有(学校,单位)
  • 地理范围和站点数目均有限

局域网具有如下主要优点:

  • 具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。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。
  • 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。
  • 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。

广播信道的局域网


 最初的局域网使用同轴电缆进行组网,总线型拓扑。

广播信道使用带冲突检测的载波侦听多路访问( CSMA/CD )机制通信。

CSMA/CD就是广播信道使用的数据链路层协议,使用CSMA/CD协议的网络就是以太网。 点到点链路就不用冲突检测,因此没必要使用CSMA/CD协议。

A和B通信,那么网络中其他计算机也能够收到这个信号。A和B通信得加上网卡的地址,也就是物理MAC地址。这样有源MAC和目标MAC,那么虽然其他计算机也可以收到,但是一看不是给自己的就不接收。

可以看到这就是一个广播信道,广播的意思就是计算机通信的时候所有计算机都可以收到。

使用集线器组建的局域网也是广播信道,是总线型拓扑。(A计算机和C计算机通信,那么这个信号通过集线器发给所有的口,不做任何的处理,也是一个广播信道)

点到点链路使用的是ppp协议,广播链路使用的是CSMA/CD协议

 

如何避免同时发送产生的碰撞? 采用CSMA/CD


总线型网络使用CSMA/CD协议进行通信,即带冲突检测的载波侦听多点接入技术。

即便检测出总线上没有信号,开始发送数据后也有可能和迎面而来的信号在链路上发生碰撞。

比如,A计算机发送的信号和B计算机发送的信号在链路C处发生碰撞,碰撞后的信号相互叠加,在总线上电压变化幅度将会增加,发送方检测到电压变化超过一定的门限值时,就认为发生冲突,这就是冲突检测。(开始发了,但是不一定成功,如果链路上没有碰撞,这样就能成功。发生碰撞了还得随机等一个时间,再接着发第二次)

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双向交替通信(半双工通信)。

 

在广播信道上,这些计算机需要实现点到点通信,必须要有解决冲突的办法,因为A和B发数据,其他的计算机都能够收到,这个时候C就不能和D进行通信了。因为A和B通信的时候相对于信号叠加了,这就造成干扰了,谁也通信不了了。

因此这些计算机在发送数据之前,需要先检查口子,有没有其他人的信号在传递。这就是载波监听。

或者还有一种是暂时没有检查到线路上的信号,由于距离有点远,还没检查到线路上的信号。所以两个信号中途发生了碰撞。碰撞之后信号叠加就乱了,那么所有点都收到了比较乱的信号。所以还需要冲突检测

 

 

以太网提供的服务


CSMA/CD 含义:载波监听多点接入(发送之前看看有没有信号) / 碰撞检测  (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 。(冲突检测也就是发送之后检测在线路上有没有发生碰撞)

“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。

总线上并没有什么“载波”。因此, “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

 

 

检测到碰撞后


 在发生碰撞时,总线上传输的信号产生了严重的失真,无法从中恢复出有用的信息来。

每一个正在发送数据的站,一旦发现总线上出现了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。

 

碰撞检测


 “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。

当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞。

所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检 测”。

 

CSMA/CD 协议工作流程


 发送的时候先检测一下线路上有没有信号在传,这就是载波侦听,如果有就需要等着。如果没有侦听到信号,这个时候就开始发送,发送不一定成功,还得检测碰撞,如果有碰撞还得停止发送,等待随机时间再次发送。没有检测到碰撞就一直发送。

 

为什么要进行碰撞检测?


 为什么需要信号检测,因为信号传递的时候需要时间,极有可能产生冲突

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