3.3.1局域网的数据链路层

现在，以太网几乎成为了局域网的同义词，局域网的主要特点是：网络为一个单位所有，且地理范围和站点数目均有限。

共享信道的方法：

1. 静态划分信道，如前面介绍的时分复用、波分复用、频分复用和码分复用。用户一旦分配到信道，就可以无冲突的通信。但是这样的划分代价太高，不适合局域网使用。
2. 动态媒体接入控制，又称多点接入，其特点是信道并非在用户通信的时候固定分配给用户。
   1. 随机接入：所有用户随机发送，产生碰撞全部失败，必须有解决碰撞的网络协议。
   2. 受控接入：服从统一的控制，典型的有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探寻或者成为轮询。

1.以太网的两个标准

划分两个子层的故事：由于激烈的市场竞争IEEE没有形成一个统一的局域网标准，而是制定了几个标准。为了使数据链路层能够更好地适应不同的局域网标准，把数据链路层拆成了两层：逻辑链路控制LLC，和媒体接入控制MAC子层（与媒体接入有关）。此时不管采用何种传输媒体和MAC子层的局域网对LLC都是透明的。现在竞争形势逐渐明朗，LLC子层的作用已经消失。

2.适配器的作用

适配器本来是主机箱内插入的一块网络接口板（网卡接口板NIC），现在主板都嵌入了这种适配器，不需要单独的网卡了。

串行传输和并行传输的转化：适配器和局域网之间是串行传输，适配器和计算机之间通过总线并行传输。网络数据传输率，和总线数据传输率并不相同，所以适配器中需要有进行缓存的存储芯片。

操作系统中安装有适配器的驱动软件，它以后会告知适配器发送什么位置上的数据，接受的数据放到什么位置上。

计算机的硬件地址就在适配器的ROM中，计算机的软件地址——IP地址，则在计算机的存储器中。

3.3.2 CSMA/CD协议

最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。总线的特点是，总线上所有的计算机都能够检测到这个数据，这就是广播通信方式。仅仅当数据帧首部的目标地址和适配器ROM中存放的硬件地址一致，才接受这个帧，否则丢弃它，这就是1对1的通信方式。

1、以太网链路层通信的特点：

是用无连接的工作方式，不编号，也不要求发回确认，因此以太网提供的是尽最大努力的交付，即不可靠交付。对于有差错的帧是否重传由高层决定，重传时，以太网也不知道这是重传帧，按照新帧发送。

总线在同一时间只允许一台计算机发送数据。使用协议CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)。

以太网发送的数据都是使用曼彻斯特编码（对每一个码元分割，由低电压到高电压表示1，由高电压到低电压表示0，或者相反的表示方法）。

2、CSMA/CD的特点

• 多点接入：说明是总线型网络。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”；
• 载波监听 就是检测信号，每个站在发送前和发送中都需要不停的检测信道
• 碰撞检测（也称冲入检测） 就是 边监听边发送，检测信号电压的变化情况判断自己发送的同时是否还有其他站也在发送。

3、相关解释

• 电磁波在一公里电缆上传播的时延约为5us.
• 了解自己发送的信号有没有与别人发送的数据的信号冲突的最迟时间：两倍的总线端到端的传播时延，这段时间也称为争用期（或者称为碰撞窗口）。
• 在使用CSDN协议的时候，一个站不可能同时进行发送和接收（但是必须监听）。因此使用本协议的以太网不可能进行全双工通信，而只能通过半双工。
• 以太网发送的不确定性：以太网不能保证某一时间之内可以把自己的数据帧成功的发送出去。需要通信量低减少碰撞。
• 一个站发送完数据后，只有通过争用期的“考验”，经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

4、避让规则

以太网使用截断二进制指数退避算法确定碰撞重传时机。

算法描述：

1. 用比特数来描述争用期：协议规定的具体的争用期时间是51.2us，数据率*争用期时间就是用来描述争用期的比特数。
2. 从离散的整数集合[0,1,...,(2^k-1)]中随机取出一个数记做r，重传退后的时间就是r倍的争用期。k=Min（重传次数，10）
3. 当重传达到16次任然不能成功，则应该丢弃该帧，并向上层报告。

发送端如何知道短帧碰撞被丢弃，并重发？

以太网规定最短帧长为争用期比特数，发送时需要把短帧补齐长度。这样凡是低于这个长度的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧。

5、强化碰撞

强化碰撞的概念是指，A作为发送端，检测到自己发送的数据发生了碰撞后，接着发送一段人为 的干扰信号，以此通知所有用户已经发生了碰撞。

6、碰撞所造成的损失

A发送数据到发现碰撞浪费时间T1，A发送认为干扰信号浪费时间为T2，所以A浪费的时间是T1+T2；但是总线中干扰信号需要传送一个端到端的距离，所以总线被占用的时间有T1+T2+t。

7、过程总览

ps:以太网规定帧之间最小时间间隔是9.6us，所以各个占在检测的时候，需要检测到信道连续9.6us无信息传输，才可以发送。这样保证适配器来得及处理缓存。

1、准备发送：A站接受IP分组，加上以太网首尾形成以太网帧，放入适配器缓存中，但是要先进行信道检测，再确定发送。

2、信道检测：不断的检测信道，若检测到信道有9.6us的空闲就发送这个帧。

3、发送之后，仍需要继续监听；只有两种情况：

• 争用期未监听到碰撞，则这个帧一定可以发送成功，回到1
• 争用期监听到碰撞，立刻停止发送，发送人为干扰信号，执行指数退避算法，过一段时间重新发送，如果重新发送16次，仍然不能成功，则放弃发送，丢弃这个帧，并且上报。

最后

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