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广播信道 与 接入控制 (介质访问控制)

广播信道（Broadcast Channel）允许信息从一个发送方同时传输到多个接收方。

由于广播信道需要共用传输介质进行广播通信，为了确保信息被正确有序地传输，需要接入控制技术对设备的通信进行控制。

通常有两类方法，一种是静态划分信道，如频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等，用户分配了不同的信道资源，就不会和其他用户产生冲突。但在局域网中，通过此法分配的信道资源在大部分时间内占用率很低，不适合局域网使用。

另一种是动态媒体接入控制，又称为多点接入，其特点是信道并非固定的分配给用户，而是动态划分给需要的用户。这里又分为两类：随机接入和受控接入，随机接入（如 CSMA/CD）允许用户随机地发送信息，但是如果恰巧有两个用户同时发送了信息，则产生冲突，发送失败，需要重发。受控接入 (如令牌总线、令牌环) 则不允许用户随机发送信息，而必须接受一定的控制。随机接入现在被绝大多数以太网采用。

CSMA/CD

CSMA/CD 全称: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波监听多点接入、冲突检测技术。

CS 的含义：载波监听，即主机在发送数据之前需要检测总线上是否有其他主机在发送数据。

MA 的含义：多点接入，即多台主机可以同时接入网络总线，可以随机发送信息。

CD 的含义：冲突检测，即主机在发送数据时，边发送边监听，以及时发现两台主机同时发送信息导致的冲突（collision）

可以看出， CSMA/CD 是适用于半双工通信的接入控制协议。

二进制指数规避算法

CSMA/CD 用这个算法计算碰撞后重传的退避时间。

定义 \tau 为以太网中单程最大传播时延，显然，从主机开始发送数据，到碰撞被检测的最长可能时间为 2\tau，称 2\tau 为争用期，表示一个完整的争用周期。

现定义基本退避时间为 1 个争用期。

定义变量 k=0，表示重传次数，每次触发重传时自增 1。但是 k 不超过 10。

每次重传时，从 [0, 2^k-1] 中随机选取一个整数 n，再乘上基本退避时间，得到当前重传需要等待的退避时间 2n\cdot\tau。

重复 16 次重传后，认为当前网络过于拥挤，不再重传并向上层抛出错误。

最小帧长问题

如果一个数据帧太短了，在检测到碰撞之前，数据帧已经发送完毕，主机就会错误的认为这个数据帧顺利地被发送而没有发生碰撞。为了避免这种局面，CSMA/CD 规定数据帧长度必须大于指定的最小帧长。

最小帧长的计算方法：

\frac{最小帧长}{传输速率(发送速率)}\ge 2\tau

在以太网中，根据经验，规定最短帧长为 64 字节，如果需要发送长度小于此值的数据帧，则需要补 0 填充。

以太网

以太网是一种逻辑拓扑为总线型的小型网络。使用 CSMA/CD（由 IEEE 802.3 标准或 DIX Ethernet V2 标准定义）介质访问控制方法。

使用集线器的以太网，物理拓扑为星型（或拓展星型），但集线器完成的任务仅仅是将比特进行简单转发，因此其逻辑拓扑仍然是总线型。

在以太网中，接收方只对数据进行差错检测，差错帧直接丢弃，没有规定重传机制和纠错机制。因此以太网提供的服务只实现无差错接收，不实现可靠传输。

IEEE 802.3 标准全名是：以太网介质访问控制协议（CSMA/CD）及物理层技术规范。

10BASE-T 以太网

这是一种比较古老的经典以太网类型。10BASE-T 以太网的具体含义是 传送速率为 10Mbps 的基带信号（的没有经过调制的原始电信号）的双绞线以太网，T 表示传输介质为双绞线，10 表示传输速率为 10Mbps，BASE 表示使用基带信号。

10BASE-T 以太网有以下几个特点

  1. 采用曼彻斯特编码
  2. 每段双绞线不超过 100m

适配器、MAC地址

适配器是计算机与外界有线局域网进行连接的专门设备，通常指的就是网络接口板（网卡）。如今，网卡大多直接集成在主板上。

适配器上有单独的处理器、RAM 和 ROM。在出厂时，ROM 中会储存一个独一无二的 MAC 地址。

MAC（Media Access Control）地址又称为硬件地址、物理地址。它类似于指纹，是一个 48 位二进制数，前 24 位代表厂家（由 IEEE 分配），后 24 位由厂家自己指定。常用 6 个 16 进制数表示，如 02-60-8c-e4-b1-21。

以太网 MAC 帧

  1. MAC 数据帧格式

每个 MAC 数据帧包含固定的 14 字节的头部和 4 字节的尾部。其中，头部由 6 字节的目的 MAC 地址、6 字节的源 MAC 地址、2 字节的类型字段（用来标记 IP 层使用的是什么协议，以便数据在的 IP 层的解析）组成。尾部是 4 字节的 FCS（就是 CRC-32 校验的帧检验序列）

MAC帧格式_compressed.png

  1. 前导码

以太网在物理层规定，需要在 MAC 数据帧的前面插入一段前导码，用于发送发和接收方的时钟同步（可以理解为告知接收方接下来将开始传送数据）。

前导码由两部分组成：7 字节的前同步码，固定为 101010...(10 的循环)；1 字节的帧开始界定符，固定为 10101011。

前导码_compressed.png
3. 数据长度

在使用共享信道时，为了防止数据帧过长而长时间占用信道，降低信道共享性，我们需要规定数据帧的最大长度。同时，数据帧也不能过短，因为 CSMA/CD 规定了最小帧长 64 字节。

最大可传输单元 MTU 规定以太网数据帧的数据部分的最大长度。为了尽可能提高数据传输效率（有效数据长度与数据全长的比值）的同时保证各中带宽下的以太网的共享性不会受到太大影响，根据经验，以太网规定 MTU 为 1500 字节。

最小数据长度则为 CSMA/CD 规定的 64 字节 减去固定的头尾长度 14+4 字节，得到 46 字节。