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第4章 介质访问控制子层 介质访问控制子层 广播信道也称为多路访问信道或随机访问信道。 数据链路层的一个子层——介质访问控制子层（MAC，Medium Access Control)——解决广播网络的信道竞争问题 4.1 信道分配问题 静态信道分配方案——流量是突发性的，浪费大量带宽 动态信道分配方案（5个假设） 站模型 假设每个站只有一个程序或者用户，当一个站阻塞的时候，不会有新的帧被生成出来 单信道 冲突假设 冲突：两帧同时传输，则它们在时间上就会有重叠，这样得到的信号就是混乱的。 连续时间/分槽时间 载波检测/无载波检测 载波检测：可以判断改信道当前是否正在被使用 LAN通常有载波检测功能，无线网络无法有效使用载波检测功能 4.3 以太网 最为流行的LAN：以太网（Ethernet) 技术 协议 发展情况 4.3.1 以太网电缆 最常见的以太网电缆 电缆拓扑结构 中继器 中继器（repeater)：物理层设备，在两个方向上接收、放大（重新生成）和重传信号。 中继器可以连接多根电缆。 一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。 从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络协议中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。 集线器（hub)：多端口中继器 10Base-T（星型网络）的5-4-3规则 任意两台电脑间最多不能超过5段线（既包括集线器到集线器的连接线缆，也包括集线器到电脑间的连接线缆）、4台集线器，并且只能有3台集线器直接与电脑等网络设备连接。 4.3.2 曼切斯特编码 曼切斯特编码：每一位的周期分成两个相等的间隔。二进制“1”位在发送时，在第一个间隔中为高电压，在第二个间隔中为低电压。二进制“0”正好相反。 每一个位周期中都有一个中间电压变化，方便发送方与接收方同步。 所有的以太网都使用了这种编码。 4.3.3 以太网MAC子层协议 前导码（Preamble):8字节目标地址/源地址（6字节） 最高位为0，表示普通地址 最高位为1，表示组地址 全部为1，表示广播 长度域：帧的长度 数据域：46~1500字节 校验码：CRC 最小帧长与最大帧长 最大帧长：少占内存 最小帧长：产生冲突时，能告诉发送方 CSMA/CD CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即载波监听多路访问/冲突检测 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。在发送数据时,边发送边继续侦听。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。 4.3.4 二元指数后退算法 当冲突发生后，时间被分成离散的时槽，时槽的长度为最差情况下载以太网上往返传播所需要的时间，即51.2 在第i次冲突之后，在0~2i-1(不大于1023）中间随机选择一个数，然后等待这么多个时槽。 16次冲突后，发送失败报告 4.3.6 交换式以太网 利用交换机互联以太网 交换机的两种交换方式 直通式 存储—转发 它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行校验，检查无误后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。 缺点：延迟 优点：可以高速端口和低速端口一起工作 交换机与集线器的主要区别 （1）在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同 集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）或更高层。 （2）数据传输方式不同 集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，即所有端口处在一个冲突域中；而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的端口之间，即交换机的每个端口处在不同的冲突域。 交换机与集线器的主要区别 （3）带宽占用方式不同 集线器所有端口共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己独立的带宽。 （4）传输模式不同 集线器采用半双工方式进行数据传输；交换机采用全双工方式来传输数据。 4.3.7 快速以太网 快速以太网能够向后兼容 快速以太网电缆 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 100Base-T4 使用3类双绞线 使用4对双绞线，一对给集线器发送信号，一对接收集线器的信号，两对传输数据 在传输中使用8B／6T编码方式，信号频率为25MHz。它使用与10BASE－T相同的RJ－45连接器，最大网段长度为100米。 100Base-TX 使用5类双绞线。 每个站使用两队双绞线，一对用于发送数据到集线器，一