介质访问子层
数据链路层分为两个子层
- MAC子层：介质访问，负责管理物理介质访问，包括以太网、802.3等局域网协议的具体细节
- LLC子层
硬件地址就是 MAC 地址
*信道分配问题
信道会共享，会出现多个请求需要同一个信道
介质的多路访问控制（MA），用于在多路访问信道上确定下一个使用者（信道分配）
信道共享技术
- 静态划分信道
- 频分复用 FDMA
- 时分复用 TDMA
- 波分复用 WDMA
- 码分复用 CDMA
- 动态媒体接入控制（多点接入）
- 随机接入：所有的用户可随机地发送信息
- 受控接入：用户必须服从一定的控制。如轮询(polling)
静态的我们讲过了，我们接下来讲动态的
*多路访问协议
局域网数据链路层分为 2 个子层
- 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control) 子层：与传输媒体无关。
- 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control) 子层：与传输媒体有关。
*适配器的作用
适配器即网卡，计算机通过适配器和局域网进行通信
- 重要功能：
- 进行串行/并行转换。
- 对数据进行缓存。
- 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
- 实现以太网协议。
以太网协议
最早的以太网
直接将许多计算机都连接到一根总线上。
- 总线
- 特点：易于实现广播通信，简单，可靠。
- 缺点：多个站点同时发送时，会产生发送碰撞或冲突，导致发送失败。
为了实现一对一通信，将接收站的硬件地址写入帧首部中的目的地址字段中，仅当数据帧中的目的地址与适配器硬件地址一致时，才能接收这个数据帧。
以太网采取的 2 种重要措施
- 采用较为灵活的无连接的工作方式
- 不必先建立连接就可以直接发送数据
- 对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认
- 发送的数据都使用曼彻斯特 (Manchester) 编码
- 曼彻斯特编码缺点：所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍
载波侦听多路访问协议CSMA
CSMA：Carrier Sense Multiple Access，特点：“先听后发”
非持续式CSMA
- 经侦听，如果介质空闲，开始发送
- 如果介质忙，则等待一个随机分布的时间，然后重新侦听
等待时间内介质上如果没有数据传送，这段时间是浪费的
持续式(指1-持续式)CSMA
- 经侦听，如介质空闲，则发送
- 如介质忙，持续侦听，一旦空闲立即发送
- 如果发生冲突，等待一个随机分布的时间再重新侦听
持续式的延迟时间要少于非持续式，但如果两个以上的站等待发送，一旦介质空闲就一定会发生冲突
p-持续式CSMA
- 经侦听，如介质空闲，那么以 p 的概率发送，以(1–p)的概率延迟一个时间单元发送
- 如介质忙，持续侦听，一旦空闲重新侦听
- 如果发送已推迟一个时间单元，再重新侦听
CSMA/CD 协议
就是 \(p=1\) 的 p-持续式CSMA
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 载波监听多点接入 / 碰撞检测
- 多点接入：总线型网络
- 许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
- 载波监听：“边发送边监听”
- 不管在想要发送数据之前，还是在发送数据之中，每个站都必须不停地检测信道。
- 由于存在传播时延，所以即便有载波监听也可能产生碰撞，所以要碰撞检测
- 碰撞检测：适配器边发送数据，边检测信道上的信号电压的变化情况。
- 电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，产生了碰撞（或冲突）。
检测到碰撞后，适配器立即停止发送，等待一段随机时间后再次发送
以太网的端到端往返时延 \(2\tau\) 称为争用期，或碰撞窗口。
碰撞后重传的时机
采用 截断二进制指数退避 (truncated binary exponential backoff) 确定
发生碰撞的站停止发送数据后，要退避一个随机时间后再发送数据
- 基本退避时间 = \(2\tau (，这是第 \(k\) 次冲突重传（如果 次数大于 10，\)k\) 取 10）
- 从整数集合 [0, 1, … , (\(2^k\) - 1)] 中随机地取出一个数，记为 \(r\)。
- 重传所需的时延 = \(r\) ⅹ 基本退避时间。
- 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。
强化碰撞：人为干扰信号
发送站检测到冲突后，立即停止发送数据帧，接着就发送 32 或 48 比特的人为干扰信号 (jamming signal)
CSMA/CD 协议流程图
冲突窗口
即发送站发出帧后能检测到冲突（碰撞）的最长时间，是一个可能侦听到发出的帧遭到冲突（碰撞）的时间区间
数值上等于最远两站传播时间的两倍，即 2D（D是单边延迟），相当于1个来回传播延迟RTT（Round Trip Time）