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网络信号碰撞检测

发布时间:2022-09-06 02:23:53

A. 802.3协议如何发送接收有冲突时如何处理

在二层交换网中应用最广泛的是采用IEEE 802.3标准的以太网(Ethernet)。目前,全世界的局域网90%以上是采用以太网技术组网的。随着以太网技术的发展,该技术已经进入接入网和城域网领域。在本讲中,笔者提出了以太网交换技术中存在虚电路的新观点。

1 以太网的分类
以太网的特点是多个数据终端共享传输总线。以太网按其总线的传输速率可划分为10 Mbit/s以太网、100 Mbit/s以太网、1 000 Mbit/s(吉比特)以太网以及10 Gbit/s以太网等;以太网按其总线的传输介质可划分为同轴电缆以太网、双绞线以太网以及光纤(多模、单模)以太网。

2 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)协议
共享式以太网的核心思想是多个主机共享公共传输通道。在电话通信中采用了时分、频分或码分等方法,使多个用户终端共享公共传输通道。但在数据通信中,数据是突发性的,若占用固定时隙、频段或信道进行数据通信,会造成资源上的浪费。

若多个主机共享公共传输通道(总线)而不采取任何措施,必然会产生碰撞与冲突。CSMA/CD协议正是为解决多个主机争用公共传输通道而制定的。

(1) 载波侦听多路访问(CSMA)

每个以太网帧(MAC帧)均有源主机和宿主机的物理地址(MAC地址)。当网上某台主机要发送MAC帧时,应先监听信道。如果信道空闲,则发送;如果发现信道上有载波(指基带信号),则不发送,等信道空闲时立即发送或延迟一个随机时间再发送,从而大大减少碰撞的次数。

(2) 碰撞检测(CD)

对于碰撞检测,在一般情况下,当总线上的信号摆动超过正常值时,即认为发生冲突。这种检测方法容易出错,因为信号在线路上传播时存在衰耗,当两个主机相距很远时,另一台主机的信号到达时已经很弱,与本地主机发送的信号叠加时,达不到冲突检测的幅度,就会出错。为此,IEEE 802?郾3标准中限制了线缆的长度。目前,应用较多的冲突检测方法是主机的发送器把数据发送到线缆上,该主机的接收机又把数据接收回来,然后与发送数据相比,判别是否一致。若一致,则无冲突发生;若不一致,则表示有冲突发生。

3 MAC帧格式
每一帧以7个字节的前导码开始,前导码为“1010”交替码,其作用是使目的主机接收器时钟与源主机发送器时钟同步。紧接着是帧开始分界符字节“10101011”,用于指示帧的开始。

帧包括两个地址:目的地址和源地址。目的地址最高位如为“0”,则表示普通地址;如为“1”,则表示组地址。地址的次高位用于区分是局部地址还是全局地址。局部地址由局部网络管理者分配,离开这个局部网,该地址就毫无意义。全局地址由IEEE统一分配,以保证全世界没有两个主机具有相同的全局地址。允许大约有7×1013个全局地址。全局地址可用于全球性的MAC帧寻址。

数据域长度给出数据域中存在多少个字节的数据,其值为0~1 500。数据域长度为“0”是合法的,但太短的帧在传送过程中可能会产生问题,其中一个原因就是:当主机检测到冲突时,便停止发送,这时一部分数据已经发送到线缆上,而目的主机却无法简单区分这是正确帧还是垃圾帧。为此,IEEE规定:正确长度必须大于64字节,如果小于64字节,那么必须用填充字段填充到帧的最小长度。

4 以太网的互联
根据OSI 7层模型,以太网可以在低3层和高3层上互联。实现互联的网元设备有中继器、集线器、网桥、路由器、交换机和网关。

4.1 中继器

中继器工作在OSI 7层模型的物理层。因为数字脉冲信号经过一定距离的传输后,会产生衰耗和波形失真,在接收端引起误码。中继器的作用是再生(均衡放大、整形)通过网络传输的数据信号,扩展局域网的范围。

中继器工作在物理层,对高层协议是完全透明的。用中继器相联的两个网络,对链路层而言相当于一个网络,中继器仅起到扩展距离的作用,而不能提供隔离和扩展有效带宽的作用。

4.2 集线器(Hub)

集线器就像一个星型结构的多端口转发器,每个端口都具有发送与接收数据的能力。当某个端口收到连在该端口上的主机发来的数据时,就转发至其它端口。在数据转发之前,每个端口都对它进行再生、整形,并重新定时。

集线器可以互相串联,形成多级星型结构,但相隔最远的两个主机受最大传输延时的限制,因此只能串联几级。当连接的主机数过多时,总线负载很重,冲突将频频发生,导致网络利用率下降。

与中继器一样,集线器工作在OSI 7层模型的物理层,不能提供隔离作用,相当于一个多端口的中继器。

4.3 网桥

网桥工作在OSI 7层模型的链路层(MAC层)。当一个以太网帧通过网桥时,网桥检查该帧的源和目的MAC地址。如果这两个地址分别属于不同的网络,则网桥将该MAC帧转发到另一个网络上,反之不转发。所以,网桥具有过滤与转发MAC帧的功能,能起到网络间的隔离作用。对共享型网络而言,网络间的隔离意味着提高了网络的有效带宽。

网桥最简单的形式是连接两个局域网的两端口网桥。在多个局域网互联时,为不降低网络的有效带宽,可以采用多端口网桥或以太网交换机。但采用这些工作在链路层的设备联网,存在以下缺点:

(1) 多端口网桥或以太网交换机只有简单的路由表,当某一端口收到一个数据包,若设备根据其目的地址找不到对应的输出端口时,即对所有端口广播这个包,当网络较大时易引起广播风暴;

(2) 多端口网桥或以太网交换机无链路层协议转换功能,因此不能做到不同协议网络的互联,例如以太网与X.25、FR、N-ISDN和ATM等网络的互联。

4.4 路由器

在路由器中存放有庞大而复杂的路由表,并能根据网络拓扑、负荷的改变及时维护该路由表。当路由器找不到某一端口输入的数据包对应的输出端口时,即删除该包。因为路由器废除了广播机制,所以可以抑制广播风暴。

4.5 网关

网关工作在OSI 7层模型的高3层,即对话层、表示层和应用层。网关用于两个完全不同网络的互联,其特点是具有高层协议的转换功能。网关最典型的应用是IP电话网关。IP电话网关将时分复用的64 kbit/s编码话音和No?郾7共路信令转换为IP包,送入Internet进行传输,从而使PSTN和Internet两个完全不同的网络可以互联互通。

5 以太网交换机
5.1 以太网交换机的基本原理

大型网络为了提高网络的效率,需要将网络在链路层上进行分段,以提高网络的有效带宽。对于小型网络,可以利用网桥对网络进行分段;对于大型网络,往往采用以太网交换机对网络进行分段,即利用以太网交换机将一个共享型以太网分割成若干个网段。分段后的网络称为交换型以太网。在交换型以太网中,工作在每一网段中的主机对介质的争用仍采用CSMA/CD机制,而联接各网段的交换机则采用路由机制。若某一共享型以太网带宽为M,共带有N台主机,则每台主机平均带宽为M/N。若在该网内引入一台8端口的以太网交换机,将该网分割为8个网段,则每一网段带宽仍为M,而总带宽则拓宽至8M。

目前,大中型以太网中引入了多台交换机的级联工作方式。处在用户级的交换机一般可做到1个端口接1台主机,则该主机可享用所连接端口的全部带宽,无需竞争网络资源。

在以太网中引入交换机将网络分段后,是否能使网络容量无限扩大?答案是否定的。因为在以太网交换机中对MAC帧的寻址采用了广播方式,网络太大时易引起广播风暴。这就需要有路由器对网络在网络层上进行分段。路由器将计算机网分割成若干个子网,从而缩小了其底层以太网的广播域,抑制了广播风暴。

5.2 以太网交换机的路由方式

当该交换机中的某一个端口接收到一个MAC帧时,交换机的首要任务是根据该MAC帧的目的地址寻找输出端口,然后向该输出端口转发这个MAC帧。

通常情况下,在以太网交换机中存有一张路由表,该表根据所接收MAC帧的目的地址,为每个MAC帧选择输出端口。

(1) 固定路由

固定路由是指交换机有一张人工配置的路由表,表上标明各端口及其所对应的目的地址。固定路由虽然不失为一种路由方式,但如果网络规模过大,则配置路由表将变成一项很繁重的工作,再加上交换机所处的网络经常会变更网络配置或增删主机,网络管理员很难使路由表及时更新来适应拓扑结构的变化。

(2) 自学习路由

在实际应用中,通常通过自学习方法来建立一张动态路由表,以自动适应网络拓扑结构的变化。该动态路由表可在人工建立的路由表的基础上,通过自学习过程不断修改而得到。

所谓自学习,即是根据到达每一端口MAC帧的源地址来建立或刷新路由表。假设交换机从X端口收到一个MAC帧,检查该MAC帧的源地址为A地址,则说明凡是目的地址为A地址的MAC帧,应该通过X端口转发。从X端口收到源地址为A地址的MAC帧后,交换机控制部分检查路由表。若路由表中目的地址一项无A地址,则在X端口对应的目的地址项中增加A地址内容;若表中目的地址一项有A地址,但其对应端口为Y端口,则需修改路由表。

由上可见,以太网交换机利用广播帧和自学习的方法来建立路由表,一旦配置好路由表,后续的以太帧根据目的MAC地址(未使用标记)和路由表选择路由,从而形成一条从源主机到目的 主机的虚电路。

B. 计算机网络题求解答 谢谢

2017年12月28日,星期四,

兄弟,你这照片上的第一题中多项式的指数看不清呀,

没事,我就现在的情形,给你说一下大概的思路,你参考着,再结合题目中实际的参数,再套一遍就能把题目解出来了,

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)基带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)。所有的节点共享传输介质。

监听:

通过专门的检测机构,在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送(线路是否忙)?

若“忙”则进入后述的“退避”处理程序,进而进一步反复进行侦听工作。

发送:

当确定要发送后,通过发送机构,向总线发送数据。

检测:

数据发送后,也可能发生数据碰撞。因而,要对数据边发送,边检测,以判断是否冲突了。

冲突处理:

当确认发生冲突后,进入冲突处理程序。有两种冲突情况:

① 侦听中发现线路忙

② 发送过程中发现数据碰撞

① 若在侦听中发现线路忙,则等待一个延时后再次侦听,若仍然忙,则继续延迟等待,一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致,由退避算法确定延时值。

② 若发送过程中发现数据碰撞,先发送阻塞信息,强化冲突,再进行监听工作,以待下次重新发送

10、

先听后说,边听边说,边说边听;

一旦冲突,立即停说;

等待时机,然后再说;

注:“听”,即监听、检测之意;“说”,即发送数据之意。

11、在发送数据前,先监听总线是否空闲。若总线忙,则不发送。若总线空闲,则把准备好的数据发送到总线上。在发送数据的过程中,工作站边发送边检测总线,是否自己发送的数据有冲突。若无冲突则继续发送直到发完全部数据;若有冲突,则立即停止发送数据,但是要发送一个加强冲突的JAM信号,以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突,然后,等待一个预定的随机时间,且在总线为空闲时,再重新发送未发完的数据。

12、

CSMA/CD网络上进行传输时,必须按下列五个步骤来进行

(1)传输前监听

(2)如果忙则等待

(3)如果空闲则传输并检测冲突

(4)如果冲突发生,重传前等待

(5)重传或夭折

补充一个重要的知识点:

要使CSMA/CA 正常工作,我们必须要限制帧的长度。如果某次传输发生了碰撞,那么正在发送数据的站必须在发送该帧的最后一比特之前放弃此次传输,因为一旦整个帧都被发送出去,那么该站将不会保留帧的复本,同时也不会继续监视是否发生了碰撞。所以,一旦检测出有冲突,就要立即停止发送,

兄弟,我这个利用工作空隙给你写答案,你别着急啊,现在是12:48,第三题,我抓紧时间帮你算。


C. 集线器z作osI的什么

集线器(HUB)属于数据通信系统中的基础设备,它和双绞线等传输介质一样,是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。

它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网(LAN)环境,像网卡一样,应用于OSI参考模型第一层,因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联,当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时,完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。

交换机(Switch)是一种基于MAC(网卡的硬件地址)识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。

交换机也叫交换式集线器,它通过对信息进行重新生成,并经过内部处理后转发至指定端口,具备自动寻址能力和交换作用,由于交换机根据所传递信息包的目的地址,将每一信息包独立地从源端口送至目的端口,避免了和其他端口发生碰撞,因此,交换机可以同时互不影响的传送这些信息包,并防止传输碰撞,提高了网络的实际吞吐量。

现在的交换机分为:二层交换机,三层交换机或是更高层的交换机。三层交换机同样可以有路由的功能,而且比低端路由器的转发速率更快。它的主要特点是:一次路由,多次转发。

路由器(Router)亦称选径器,是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络是在网络层实现互连的设备。

所谓“路由”,是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作,而路由器,正是执行这种行为动作的机器,是使用一种或者更多度量因素的网络层设备,它决定网络通信能够通过的最佳路径。路由器依据网络层信息将数据包从一个网络前向转发到另一个网络。

它比网桥更加复杂,也具有更大的灵活性。路由器有更强的异种网互连能力,连接对象包括局域网和广域网。

路由器有两大典型功能,即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等,一般由特定的硬件来完成;控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。

打个比方,变压器就像路由器,插座就像交换机。

从发电厂出来的电,是不能直接使用的,要经过变压器调整一次才能使用,同理互联网的IP地址是有限的,你要用路由器接入,将自己内网中的电脑使用的私有的IP地址转换成互联网上公有的IP地址来与互联网进行访问。私有IP地址是不能访问互联网的,必须使用路由器。

如果墙面上有一个电源插孔,你有两个用电器,怎么办,使用多孔的插座,交换机就充当的这个角色。增加接口的数量。

路由器主要克服了交换机不能路由转发数据包的不足。

交换机和集线器的区别:

1. 从OSI体系结构来看,集线器属于OSI的第一层物理层设备,交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。

集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用,对数据传输中的短帧、碎片等无法有效处理,不能保证数据传输的完整性和正确性;而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形,而且可以过滤短帧、碎片等。

2. 从工作方式来看,集线器是一种广播模式,也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都有收听到信息,容易产生广播风暴。交换机工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口,那么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生。

3. 从带宽来看,集线器共享带宽,交换机独享带宽。

集线器不管有多少个端口,所有端口都共享一条带宽,在同一时刻只能有两个端口传送数据,其他端口只能等待;同时集线器只能工作在半双工模式下。而对于交换机而言,每个端口都有一条独占的带宽,当两个端口工作时并不影响其他端口的工作,同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下。

路由器与交换机主要区别:

1. 工作层次不同

最初的的交换机是工作在OSI/RM开放体系结构的数据链路层(第二层),工作原理比较简单。而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层(第三层),可以得到更多的协议信息,路由器可以做出更加智能的转发决策。

2. 数据转发所依据的对象不同

交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。路由器是利用不同网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发的地址。

IP地址是在软件中实现的,描述的是设备所在的网络,有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址,通常由网络管理员或系统自动分配。MAC地址通常是硬件自带的,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到了网卡中去,一般来说是不可更改的。

3. 传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域

交换机连接的网段属于同一个广播域,广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播,在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域,广播数据不会穿过路由器。

虽然第三层以上交换机具有VLAN(虚拟局域网)功能,也可以分割广播域,但是各子广播域之间是不能通信交流的,它们之间的交流仍然需要路由器。

D. 以太网,碰撞检测,为什么要设计最小数据帧长是64字节这样的机制

每一帧都有固定的长度,包括传输数据所需要的所有信息

如果小于64字节,说明出错了,这一帧的内容就无法正确发送到了。

E. 无线电信号干扰

当然会造成干扰。
你问的其实是无线网络的多址接入的实现问题,在共享信道中,无线网络不能像有线系统(如以太网)那样,在同一时间同时发信时,采用碰撞检测来实现多址接入,如以太网的CSMA/CD,典型的如wifi(或称WLAN),大概就是你所谓的无线猫,接入机制为CSMA/CA,是一种避免冲突的机制,看了以下CSMA/CA的流程你就明白了,同时也知道了wifi的效率低在什么地方。
CSMA/CA协议的工作流程分为两步,分别是:
1.送出数据前,监听媒体状态,等没有人使用媒体,维持一段时间后,再等待一段随机的时间后依然没有人使用,才送出数据。由于每个设备采用的随机时间不同,所以可以减少冲突的机会。
2.送出数据前,先送一段小小的请求传送报文(RTS : Request to Send)给目标端,等待目标端回应 CTS: Clear to Send 报文后,才开始传送。 利用RTS-CTS握手(handshake)程序,确保接下来传送资料时,不会被碰撞。 同时由于RTS-CTS封包都很小,让传送的无效开销变小。
CSMA/CA通过这两种方式来提供无线的共享访问,这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。然而不管是对于802.11还是802.3来说,这种方式都增加了额外的负担,所以802.11网络和类似的Ethernet网比较总是在性能上稍逊一筹。

F. 为什么在无线局域网中不能直接使用CSMA/CD协议

无线局域网中不采用CSMA/CD协议的主要原因是无线局域网的网卡实现对信道是否存在碰撞进行检测十分困难,要检测到一个碰撞,无线网卡必须能够在发射时同时进行监测,但在高频无线电子电路中实现这样一种硬件十分昂贵,很不实际。

CSMA/CD工作原理:


CSMA/CD是带有冲突检测的CSMA,其基本思想是:当一个节点要发送数据时,首先监听信道;如果信道空闲就发送数据,并继续监听;如果在数据发送过程中监听到了冲突,则立刻停止数据发送,等待一段随机的时间后,重新开始尝试发送数据。



(6)网络信号碰撞检测扩展阅读:



无线局域网协议主要分为两大阵营:IEEE802.11系列标准和欧洲的HiperLAN。其中IEEE802.11协议、蓝牙标准和HomeRF工业标准等是无线局域网所有标准中最主要的协议标准。这些协议和标准各有优劣,各有自己擅长的应用领域,有的适合于办公环境,有的适合于个人应用,有的则更适合家庭用户。

G. 载波侦听多路访问/碰撞检测里面,是什么来发送检测信号呢,从什么地方发出来的呢

网卡发送信号然后就开始监听网络的情况,例如监听电平等等情况,发现有异常,就知道是出现冲突了,就立即向网络发送一个JAM冲突信号,通知沿路各个结点网络出现冲突,暂时不要发送数据,然后执行退避算法过了一段时间后再发送

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