-.z..--可修編-CSDM/CD的優(yōu)缺點綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u25841引言327708正文58554光纖以太網(wǎng)的開展簡史510719標準以太網(wǎng) 515605快速以太網(wǎng) 520739千兆以太網(wǎng) 529909萬兆以太網(wǎng) 520892光纖以太網(wǎng)的體系構(gòu)造627141CSMA/CD工作原理715935CSMA/CD沖突檢測原理711299CSMA/CD二進制指數(shù)退避算法106635結(jié)論111193參考文獻1222752結(jié)語13引言以太網(wǎng)技術(shù)最初是由*ero*公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體,采用載波多路訪問和沖突檢測機制。以太網(wǎng)憑其其性價比高、擴展性強、容易安裝開通、可靠性高以及通信速率高等優(yōu)點而成為網(wǎng)絡(luò)運營商的首選。然而以太網(wǎng)采用CSMA/CD碰撞檢測方式,網(wǎng)絡(luò)負荷較大時,網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求,這是必須首要解決的問題。以太網(wǎng)的MAC層協(xié)議采用CSMA/CD協(xié)議〔IEEE802.3〕，CSMA/CD是以太網(wǎng)中各個節(jié)點對總線資源訪問的仲裁機制，是以太網(wǎng)的根底，再者，CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)在長期試錯中己經(jīng)從單總線型網(wǎng)絡(luò)開展到了堆疊式網(wǎng)絡(luò),但其不確定性本質(zhì)上并未得到解決，對其進展研究有利于深入了解以太網(wǎng)性能〔如平均包延時和吞吐量〕。為了防止它的不確定性，人們嘗試了很多種沖突仲裁技術(shù)。硬件技術(shù)：將以太網(wǎng)交換機或集線器將網(wǎng)絡(luò)劃分成更小的網(wǎng)段,到達減小沖突域的目的。實踐說明這種方法是行之有效的,然而它在提高節(jié)點的訪問率的同時也增加了硬件設(shè)備的投資。軟件技術(shù)：將CSMA/CD協(xié)議改良成一種Token-CSM/CD混合控制協(xié)議。負荷較輕時，采用CSMA/CD協(xié)議具有很好的實時性；負荷較重時,采用總線優(yōu)先級輪循Tokenbus方式更佳,但該方法增加了網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)。以上無論是哪種技術(shù)都是基于“網(wǎng)絡(luò)分級〞的思想,即把一個大網(wǎng)絡(luò)分級，形成數(shù)級網(wǎng)絡(luò)。隨著快速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)技術(shù)的快速開展，以太網(wǎng)的非確定性問題得到了很好的改良，使得一應(yīng)用成為了可能。以太網(wǎng)的通信速率從以前的10M、100M增加到如今的1000M、10G。在一樣的數(shù)據(jù)吞吐量的情況下，通信速率的提高可以減輕網(wǎng)絡(luò)負荷、減小網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r，大大降低了網(wǎng)絡(luò)碰撞機率。采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造，以太網(wǎng)交換機把網(wǎng)絡(luò)劃分為假設(shè)干個網(wǎng)段。交換機的數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使得各端口之間的輸入和輸出數(shù)據(jù)幀得到緩沖，發(fā)生碰撞幾率變小；與此同時，交換機還過濾網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，使得每個網(wǎng)段節(jié)點間數(shù)據(jù)只限在本地網(wǎng)段進展傳輸，不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其它網(wǎng)段的帶寬，降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負荷。全雙工通信使端口上分別同時接收和發(fā)送報文幀，這樣也不會發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，可使網(wǎng)絡(luò)上的沖突域不復(fù)存在〔全雙工通信模式〕，或碰撞機率大大降低〔半雙工通信模式〕，因此使以太網(wǎng)通信確定性和實時性大大提高。-.z.正文光纖以太網(wǎng)的開展簡史標準以太網(wǎng)20世紀80年代后期，基于非屏蔽雙絞線的構(gòu)造化布線系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，推動了IEEE公布了使用雙絞線為物理媒質(zhì)的10Mb/s以太網(wǎng)標準〔10BASE-T)?？焖僖蕴W(wǎng)隨著用戶對上網(wǎng)速率的提高及網(wǎng)絡(luò)效勞的全面升級，對網(wǎng)絡(luò)容量不斷增加，傳統(tǒng)標準的以太網(wǎng)技術(shù)已難以滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量速度需求。于1995年公布了快速以太網(wǎng)標準IEEE802.3u。千兆以太網(wǎng)1998年，IEEE制定了以光纖為媒質(zhì)，并且兼半雙工和全雙工兩種模式的千兆以太網(wǎng)標準—IEEE802.3z。實現(xiàn)了以太網(wǎng)速率和容量的再一次升級。萬兆以太網(wǎng)2002年IEEE發(fā)布了萬兆〔10Gb/s〕以太網(wǎng)標準-IEEE802.3ae。2012英特爾信息技術(shù)峰會(IDF2012)在國家會議中心隆重開幕。來自Inter公司的技術(shù)工程師ConReilly和產(chǎn)品工程師BrianJohnson都表示：數(shù)據(jù)中心正在逐步向萬兆以太網(wǎng)技術(shù)過渡來滿足當今網(wǎng)絡(luò)爆炸性的數(shù)據(jù)需求，萬兆以太網(wǎng)迎來了它的黃金時代。光纖以太網(wǎng)的體系構(gòu)造LLC層LLC層MAC控制子層〔可選〕MAC子層PLSPMA媒質(zhì)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的構(gòu)造示意圖AUIMDI以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)單元成為幀在幀中使用MAC地址來標記發(fā)送方和接收方。字段前同步碼幀首定字符目的地址源地址長度/類型幀數(shù)據(jù)填充字節(jié)CRC校驗字節(jié)數(shù)716620-150046-04CSMA/CD工作原理CSMA/CD沖突檢測原理CSMA/CD〔CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection載波偵聽，多址接入/碰撞檢測〕是一種基于共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)訪問采用半雙工方式工作技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。CSMA/CD的工作原理可以用以下幾句話來概括：先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停發(fā)，延遲重發(fā)?！?〕當一個站點想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先檢測網(wǎng)絡(luò)，查看是否有其它站點正在傳輸數(shù)據(jù)。如果信道忙，則等待，直到信道空閑；如果信道空閑，站點就準備好要發(fā)送的數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，站點繼續(xù)偵聽網(wǎng)絡(luò)，確信沒有其他站點在同時傳輸數(shù)據(jù)才繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。因為可能存在兩個(或多個)站點都同時等待發(fā)送，并檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑，然后幾乎在同一時刻開場傳輸數(shù)據(jù)。如果兩個或多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，就會產(chǎn)生沖突。假設(shè)無沖突則繼續(xù)發(fā)送，直到發(fā)完全部數(shù)據(jù)。假設(shè)有沖突，則立即停頓發(fā)送數(shù)據(jù)，并進展碰撞處理。這時需要發(fā)送一個32bit的加強沖突JAM〔阻塞〕信號通知網(wǎng)絡(luò)上所有工作站——網(wǎng)路上發(fā)生了沖突。然后，等待一個預(yù)定的隨機時間，當在總線為空閑時，再重新發(fā)送未發(fā)完的數(shù)據(jù)。是是否主機等待發(fā)送數(shù)據(jù)監(jiān)聽信道信道空閑嗎發(fā)送信息幀發(fā)送完成了嗎？完畢等待延遲時間采用后退算法延遲沖突過多中斷傳輸發(fā)送擁塞信號嘗試次數(shù)累加嘗試次數(shù)太多嗎？否否否是是否是圖1.CSMA/CD幀發(fā)送過程圖2.CSMA/CD幀發(fā)送過程是否圖2.CSMA/CD幀發(fā)送過程是否主機等待發(fā)送數(shù)據(jù)監(jiān)聽信道信道空閑嗎發(fā)送信息幀發(fā)送完成了嗎？完畢等待延遲時間采用后退算法延遲沖突過多中斷傳輸發(fā)送擁塞信號嘗試次數(shù)累加嘗試次數(shù)太多嗎？否否是是否是繼續(xù)傳輸否CSMA/CD二進制指數(shù)退避算法二進制指數(shù)退避算法是按"后進先出"〔LastInFirstOut，LIFO〕的次序控制的，即未發(fā)生沖突或很少發(fā)生沖突的數(shù)據(jù)幀具有優(yōu)先發(fā)送的概率；而發(fā)生過屢次沖突的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送成功的概率更少。二進制指數(shù)退避算法的規(guī)則如下：當?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時，退避重發(fā)時間在0～1個時隙中隨機抽取一個再重發(fā)〔立即發(fā)送或等待一個時隙〕。當幀再次沖突時，退避時間參數(shù)的最大值加倍，即是原來L值的2次方。退避重發(fā)時間在0～3(22-1)個時隙中隨機抽取一個再重發(fā)。當沖突N次，由此時的退避時間參數(shù)的最大值為最初L值的2N倍。退避重發(fā)時間在0～〔2N-1〕個時隙中隨機抽取一個再重發(fā)?？梢栽O(shè)置一個最大重傳次數(shù)，超過此值，不再重發(fā)，并報告出錯。一般是第10次沖突之后，隨機數(shù)的時間間隙數(shù)就固定在1023上，不再增加了。16次沖突后，就會放棄努力，并且給發(fā)送數(shù)據(jù)的站點返回一個錯誤報告。由上述分析可知，為了確保發(fā)送數(shù)據(jù)站點在傳輸時能及時檢測到可能存在的沖突，數(shù)據(jù)傳輸時延至少要兩倍于信號傳播時延，其目的就是不要讓數(shù)據(jù)在全部傳輸完才收到有沖突發(fā)生的信號，這樣既浪費了時間，又浪費了帶寬。由此可以得CSMA/CD總線網(wǎng)絡(luò)中最短幀長的計算關(guān)系式如下所示：最短數(shù)據(jù)幀長〔bit〕=2×數(shù)據(jù)傳輸速率〔b/s〕×兩站點間的距離/200〔m/μs〕。結(jié)論據(jù)國際著名網(wǎng)絡(luò)提供商Cisco公司公布的統(tǒng)計資料，日前以太網(wǎng)已是世界上應(yīng)用最多、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點超過95%的網(wǎng)絡(luò)。上述綜述說明交換式l00M以太網(wǎng)能提供足夠的帶寬、減少沖突；全雙工網(wǎng)絡(luò)與具有優(yōu)先權(quán)的送機制能夠改善其不確定性。在10M以太網(wǎng)中,發(fā)送一個包時延超過2ms的狀況,5年也不會發(fā)生一次。美國電力研究院的實驗結(jié)果可保證在4ms以這些都是對以太網(wǎng)CSMA/CD“方便〞的實踐。實踐說明,在輕載荷下,持續(xù)介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD發(fā)送數(shù)據(jù)的效率仍然較高,即使在重載荷下,通過網(wǎng)絡(luò)分級技術(shù)也可以滿足用戶的需求。因此,盡管共享介質(zhì)環(huán)境的沖突不可防止,但由于共享介質(zhì)環(huán)境具有本錢低的優(yōu)勢,使得共享介質(zhì)環(huán)境在一個時期還會存在。如果以太網(wǎng)技術(shù)不淘汰則CSMA/CD協(xié)議就不會退役。所以準確理解CSMA/CD作過程,對于學(xué)習(xí)、研究、設(shè)計和規(guī)劃以太網(wǎng)具有十分重要的意義。參考文獻顧畹儀，國瑞.第1版.光纖通信系統(tǒng)〔修訂版〕：郵電大學(xué),2006原榮.光纖通信.第2版.：電子工業(yè)，2006祥林，孟宇.第2版.：國防工業(yè)，2009蔡皖東.計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù).:電子科技大學(xué),1998美Ciscosystem公司.思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院教程(第一、二學(xué)期)(第三版).:人民郵電,2004:158)163羅桂蘭，海，文波，明，浩華.論CSMA/CD協(xié)議的數(shù)學(xué)原理.ACTAAUTOMATICASINICA.VOL.33,NO,5,May,2007結(jié)語通過這次文獻綜述的寫作，我從中學(xué)到了不少知識，尤其自學(xué)的能力有了很大的提高。一