计算机网络基本概念 冲突域 广播域

冲突域 ：

      冲突域为一个半双工网络系统，并且在这个半双工系统中，所有的网络设备（包含其电缆，中继，节点接口以及其他网络设备）是属于同一个时序系统的。在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。在一个冲突域中，若两个节点在传播延迟范围内（最远节点间的传播延时），同时发送数据，则会发生冲突。CSMA/CD协议就是用来解决冲突的。即便是有了CSMA/CD协议，当链路中的节点越多冲突的发生概率就会更大，此时就无法保证通信质量。 （冲突域是物理层的，所以需要数据链路层的二层交换机来隔离冲突域）

CSMA/CD：（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）

       即带冲突检测的载波监听多路访问技术。在传统的共享以太网中，所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。

       CSMA/CD应用在 OSI 的第一层--物理层，采用IEEE 802.3标准。它的工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。原理可简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。

      有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会，参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有等会场安静下来后，他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"；将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”；如果有两人或两人以上同时说话，大家就无法听清其中任何一人的发言，这种情况称为发生“冲突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突，这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生，这时他需要停止讲话，然后随机后退延迟，再次重复上述过程，直至讲话成功。如果失败次数太多，他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。

当出现线路冲突时，如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间，则很容易产生二次、三次的碰撞。因此，要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。比如使用如下算法：

截断的 二进制指数退避算法（退避算法之一）：

①当一个站点发现线路忙时，要等待一个延时时间M，然后再进行侦听工作。延时时间M以以下算法决定：

M = 0 ~ (2^k - 1) 之间的一个随机数乘以512比特时间（以太网帧最小是64Byte，即512比特，例如对于10Mbps 以太网，传输512比特的时间为51.2微秒），k为冲突（碰撞）的次数，M的最大值为1023，即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积，当k增加到16时，就发出错误信息。

② 特殊阻塞信息：是一组特殊数据信息。在发送数据后发现冲突时，立即发送特殊阻塞信息（连续几个字节的全1，一般为32-48位），以强化冲突信号，使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号，从而减少造成新冲突的可能性。

③ 冲突检测时间>=2α: α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。在2α时间里没有感知冲突，则保证发出的数据没有产生冲突。（只要保证检测2α时间，没有必要整个发送过程都进行检测）

       ④ X-坚持的CSMA算法：当在侦听中发现线路空闲时，不一定马上发送数据，而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送。 （以X

的概率立即开始发送数据，另外1-X的概率继续侦听）

二层交换机：

      二层交换机工作在数据链路层，是基于MAC地址的基础上对数据包的转发。内部的ASIC的芯片来实现硬件转发。二层交换机的端口发送和接受数据独立，从而可以将各端口归属于不同的冲突域，从而有效的隔离了冲突。

广播域：

     在传输中当不知道目的MAC地址时，需要在网段内广播当前子网下所有的节点，相应的广播报文以及目的MAC查找失败报文会向所有端口转发，因此会消耗大量的网络带宽。而二层交换机只能隔离冲突域，不能隔离广播域。

三层交换机和路由器能够隔离广播域。 （广播域是数据链路层的，所以需要第三层的三层交换机或路由器来隔离广播域）