我们一起学网络（二）——数据链路层（CSMA/CD协议)

 （一） 广播信道是一对多的通信，在局域网中使用的最广。所以我们将广播信道就基本上是讲局域网了……

        那什么是局域网？网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数据均有限。       这很好理解，对吧？比如说一个学校，一个网吧，一家公司等等之类的，内部网络都是局域网。通过局域网又连接到外网。

        局域网有3个有点：（1）有广播功能，从一个机器可以访问到整个网络 （2）方便扩展，设备的位置灵活可变 （3）提高了系统的可靠性、可用性、生存性

        局域网按照网络拓扑方式分的话分为3中：（1）星形网 （2）总线网 （3）环形网    以前呢，用的最多的是总线网，因为总线网是用无源（没电源）线缆作为数据传输的介质，那时候人们认为无源的设备比较稳点，安全。现在呢，网络发达了，大规模集成电路的质量上去了，所以用的最多的是星形网，星形网用一个集线器来接收信息并广播到所有的结点上。其实星形网中的集线器就相当于总线网中的总线。

        以太网就是现在用的最广泛的局域网，共有两个标准。第一个是 DIX Ethernet V2，另一个是IEEE 802.3。    IEEE 802.3把局域网的链路层拆为两个子层，（1）逻辑链路控制LLC （2）媒体接入控制MAC。    由于各种原因，LLC已经基本不用了。所以我们着重介绍MAC

        讲MAC之前，我们需要先了解一下 适配器，适配器又叫网卡。网卡最大的功能是缓冲数据再发送，避免了网络数据率和总线数据率不同而可能引起的问题。每个适配器里都有一个独一无二的，固定的物理地址，这个物理地址就是我们所说的MAC地址。所谓广播就是集线器给局域网内的各个站点发送出此数据帧后，只有适配器的MAC地址与数据帧中的目的地址匹配的那个站才接收数据，其他的站就丢掉帧。

 

下面讲个重点的重点，以太网采用的协议CSMA/CD协议。 CSMA/CD的意思的载波监听多点接入/碰撞检测 （这里的载波不是指那种传输数据的载波，只是借用一个这个词）

多点接入：就是说网络是总线型的（星形网也是总线型的一种）。CSMA/CD是双向交替通信（半双工通信）

载波监听：不管发送前，还是发送中，每个站必须不停的检测信道。 发送前检测，是为了获得发送权，如果检测出信道中有数据，就不能发送。发送中检测，是为了及时发现有没有和其他的数据碰撞，也就是下面要说的碰撞检测

碰撞检测：当两个或以上的站发传送的数据同时在总线上时，总线上的电压变化幅度就会变大，容易造成传输中的数据损坏。

 

那么，这里有一个问题，既然我们在发送前进行了监听，监听到信道是“空闲”的才发送的数据，为什么还会发送碰撞？这是一个严重的问题。。。。。。

我们要知道，电磁波在电缆中传播是需要时间的，电磁波在1Km的电缆中传播时延为5μs。就是假如说，我A和B距离1km，A发出信息，B要5μs才能检测到，在这5μs内，B认为信道空闲，万一B一不小心在这5μs内发送了数据，，就会造成碰撞。咱还是用图说话吧。。。。

                                                               

我们把这种单程端到端传播时延极为τ   那端到端往返的传播时延自然就是2τ了。这个2τ这段时间呢，有个名词，叫争用期。争用期过了还没检测出碰撞，才能肯定这次发送肯定不会发送碰撞，数据顺利发送完毕了。争用期一般为51.2μs

那么碰撞以后呢？一旦检测到碰撞，则站点立刻终止发送数据，这样的话，数据就没有帧尾部。数据就不完整，接收方收到数据以后就会发现数据部完整，就把他丢弃了。为了防止数据过短，在检测到碰撞时数据已经发送完，造成接收端收到错误的数据，所以，我们规定最短的帧长度为64字节（不满64的加入填充字节），即512bit。与争用期相同。所以我们就可以说凡是长度小于64字节的帧都是由于碰撞而异常中止的无效帧。

碰撞中断帧的发送后会涉及一个重传的问题，以太网的解决方法是，使用退避算法来决定帧的重传。

退避算法：从离散的整数集合【0，1，…，（2^k-1）】中随机取出一个数，记为r，重传推后时间是r倍的争用期。  k=Min【重传次数，10】。重传次数超过10次就取10，超过16次就把帧丢掉并报告给高层（TCP层）。

例如：第一次重传，k=1，r就从（0，1）里面选，因此重传推迟时间就为0或者2τ。如果还碰撞，第二次重传，k=2，r就从（0，1，2，3）选。重传推迟时间就为（0，2τ，4τ，6τ）中的其中之一。

最后介绍下【强化碰撞】的概念。 发生碰撞以后，除了立即停止发送数据，发送端再发送32bit或者48bit的人为干扰信号。目的是让局域网中所有用户都知道发生了碰撞。

最后一点是，以太网规定了 帧间最小间隔为9.6μs。