计算机专业本科毕业论文范文

图2.4 在同轴电缆上运行CSMA/CD的以太网

以太网和IEEE 802.3通常由接口卡（网卡）或主电路板上的电路实现。以太网电揽协议规定用收发器电缆练到网络设备上。收发器执行物理层的大部分功能，其中包括冲突检测。收发器电缆将收发器连接到工作站上。

IEEE 802.3提高了多种电缆规范，10Base5就是其中的一种，它与以太网最为接近。在这一规范中，连接电缆称为连接单元接口（AUI），网络连接设备为介质访问单元（MAU），而不再是收发器。

1. 以太网和IEEE 802.3的工作原理

在基于广播的以太网中，所有的工作站都可以收到发送到网上的信息帧。每个工作站都是确认该信息帧时否是发送给自己的。一旦确认是发给自己的，就将它发送到高一级的协议层。

在采用CSMA/CD传输介质访问的以太网中，任何一个CSMA/CD LAN工作站在任何一个时刻都可以访问网络。发送数据前，工作站要侦听网络是否堵塞，只有检测到网络空闲时，工作站才能发送数据。

在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任一工作站均可发送数据。当两个工作站发现网络空闲而同时发送数据时，就发生冲突。这时，两个传送操作都遭到破坏，工作站必须在一定时间后重发。何时重发由延时算法决定。

尽管以太网与IEEE802.3标准有很多相似之处，但也存在一定的差别。以太网提供的服务对应与OSI参考模型的第一层和和第二层，而IEEE 802.3提供的服务对应与OSI参考模型的第一层和第二层的信道访问部分（即第二层的一部分）。IEEE 802.3没有定义逻辑链路控制协议，但定义了几个不同的物理层，而以太网只定义了一个。IEEE 802.3的每个物理层协议都可以从三方面说明其特征，这三方面分别是LAN的速度、信号传输方式和物理介质类型，如图2.5所示。表2.1总结了以太网与IEEE 802.3以及IEEE 802.3不同物理层规范之间的差别。

图2.5 IEEE 802.3组件的三方面

表2.1 不同IEEE802.3物理规范的比较

2. 以太网和IEEE802.3的帧格式

图2.6说明了以太网和IEEE 802.3的帧结构。下面对以太网和IEEE 802.3的帧域做几点说明：

①帧头：由0和1组成，告诉接收站一个帧到了。在以太网帧中，还包括一个与IEEE802.3的帧开始分隔符（SOF）等价的字节。

②帧开始分隔符（SOF）：用以同步局域网中所有工作站对帧的接收，它用两个连续的1结尾。以太网中明确定义了帧开始分隔符。

图2.6 以太网和IEEE802.3的帧结构

③源地址和目的地址：它们的前三个字节由IEEE指定，后三个字节则由以太网和IEEE802.3的开发者指定。源地址总是单节点地址，目的地址可以只指向一个节点，也可以指向多个或所有节点。

④类型（以太网）：指定了以太网处理完毕后用以接收数据的上层协议类型。

⑤长度（IEEE 802.3）：指定了数据帧的字节数。

⑥数据（以太网）：在物理层和数据链路层处理完毕后，帧中的数据被发送到由类型域指定的上一协议层。尽管以太网标准2.0版没有定义任何填充的方法（与IEEE 802.3相反），但仍希望数据长度至少达到46字节。

⑦数据（IEEE 802.3）：物理层和数据链路层处理完毕后，帧中的数据被发送到由其自身指定的上一协议层。如果帧中数据不足64字节，则要插入填充字节，以保证64字节的帧长度。

⑧帧校验序列（FCS）：该检验串由发送设备生成，其中含有一个4字节的循环冗余校验值，接收设备通过对它的重新计算，检测帧是否被破坏。

2.5 IEEE 802.3以太网的介质访问控制技术

2.5.1 CSMA

1.原理

CSMA(Carrier Sense Multiple Access)载波监听多路访问，其工作原理下：一个站点要发送信号，首先需监听总线，以确定传输介质是否存在其他站点发送的信号。如果传输介质空闲，则可以发送信号，否则等待一段时间重试[9]。

2.坚持退避算法

传输介质的最大利用率取决于帧的长度和传播时间。帧越长，传输时间越短，则传输介质的利用率越高。为了提高传输介质的利用率，通常采用坚持退避算法。

（1）非坚持CSMA

①如果传输介质是空闲的，则发送信号。

②如果传输介质是忙的，则随机延迟一段时间，再重复a。

（2）1-坚持CSMA

①如果传输介质空闲，则发送信号。

②如果信号发送冲突，则随机等待一段时间后，再重复a.

（3）P-坚持CSMA

①如果传输介质空闲，则以概率P发送信号，而以概率（1-P）延迟一个时间单位。时间单位等于最大的传播延迟时间；

②如果传输介质忙，则继续坚挺，一旦传输介质空心，则重复a；

③如果发送被延迟一个时间单位，则重复a；

（4）三种CSMA坚持退避算法比较

①非坚持CSMA

非坚持CSMA算法利用随机延迟重传时间来减少冲突发生的概率，这种算法的缺点是传输介质的利用率较低，这是因为即使多个站点又数据重发，传输介质仍可能出于空闲状态。

②1-坚持CSMA

为了提高传输介质利用率，可采用1-坚持CSMA算法，当站点又数据要发送时，只要传输介质空闲则立即发送。这种算法的缺点：如果有两个（或者两个以上）的站点有数据发送，则冲突就难以避免。

③P-坚持CSMA

P-坚持CSMA算法是前两种算法的折中，即试图降低1-坚持算法的冲突概率，又提高传输介质的利用率。

P-坚持算法的难点在于如果选择最佳的P值，因为如果P值选择太大，则冲突概率增加，如果P值选择太小，则会降低传输介质的利用率。

2.5.2 CSMA/CD介质访问控制协议

采用CSMA算法时，由于传输延迟的影响，当两个站点同时监听到传输介质上没有发送信号，仍然会发送冲突。由于CSMA没有冲突检测功能，即使冲突已发生，也要将破坏的帧发完，导致降低了传输介质的利用率[10]。

一种改进的CSMA算法是采用载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议， CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect），即载波监听多路访问/冲突检测协议，由IEEE802.3定义，其基本思想是：每一个站点在发送帧时，同时检测冲突，一旦检测到冲突，就立即停止发送信号，并向传输介质发送一串阻塞信号，通知传输介质上已发生冲突，由此提高传输效率。IEEE802.3是按照体系结构方法来组织的，它强调将系统分为两大部分：数据链路层的介质访问控制子层（MAC）和物理层。

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