IEEE802.3使用的时间模型如图3-4所示。
IEEE802.3 CSMA/CD时间模型
包终点
包起点 IPG IPG IPG+
CSMA不能完全避免冲突的原因
• 当主机A认为信道空闲时，主机B也可能认为信道 空闲，因此，两台主机差不多同时发送数据，导 致冲突发生。
带冲突检测的CSMA/CD
有待发帧? 是 载波监听 迟延一个 随机时间 否
发送
冲突？ 否 继续帧的发送
是
冲突次数 超标？ 是 放弃帧的发送
否
强化冲突
3.1.2 影响CSMA效率的因素
结论
• 从以上公式A可以看出，为了避免冲突、提高信 道的效率，应该在d、R、r之间做出合理的匹配。 换句话说，当网络规模(d)不同时，使用的信道(r) 和采用的编码方式(R)也要做相应的调整。
3.1.3 IEEE802.3标准的CSMA/CD
• IEEE802.3以太网使用CSMA/CD发送数据。
• 从上面的叙述中我们已经看到，避免冲突对提高信道利用 率是至关重要的，下面我们就分析一下与冲突有关的因素。 • 在分析这些因素之前，我们首先讨论分时CSMA/CD的时 间模型，以便后面内容的叙述。该模型如图3-2所示。
图3-2 分时CSMA/CD 时间模型
t0
时隙
数据
数据
数据
数据
传输周期
争用周期
冲突在t0到t0+τ之间发生
A τ B A B
t0 (a)A的第一比特在t0时刻传向B
t0+τ
t0 (b)A的数据在t0+τ 之前没有到达B
t0+τ
A
B
A
B
t0
t0+ε (c)B在t0+ε 时发送数据导致冲突
t0+τ
(d)冲突信号在碰撞后经过2ε 到达A，被A检测到
结论
• 冲突信号需要经过2τ到达A，此时A才能检测出冲突。 • 可见，从t0时刻起，要想避免与A发生冲突，其他主机至 少要在t0+τ之后发送数据。而A最晚可能在t0+2τ时刻检测 到冲突。 • 显然，τ与A到B之间距离d和信号传输速度r有关，即
以太网家族成员
• 10Mbit/s以太网：简记为10ME。它是最初被标准 化的以太网，它的数据率是10Mbit/s。
• 快速以太网：Fast Ethernet，简记为FE。它的数 据率是100Mbit/s。 • 千兆以太网：Gigabit Ethernet，简记为GE。它 的数据率是1000Mbit/s。
• 万兆以太网：10Gigabit Ethernet，简记为10GE。 它的数据率是10000Mbit/s。
以太网IEEE802.3标准
10ME IEEE标准 物理层标准 批准时间 802.3 10BASE5 1983年 802.3a 10BASE2 1989年 FE IEEE标准 物理层标准 802.3u 100BASE-FX 802.3u 100BASE-TX 802.3u 100BASE-T4 802.3x&y 100BASE-T2 802.3i 10BASE-T 1990年 802.3j 10BASE-F 1993年
τ=d/r
• 而传输速度r又与信道有关。对于UTP电缆信道，电磁波 在电缆中的传播速度r最大只有在自由空间的65%左右， 因此，1km电缆的τ≈5.12×10-6s=5.12μs。
数据发送需不需要时间
• 实际上主机发送数据也需要时间。数据的第一个 比特离开主机到最后一个比特离开主机之间的时 间被称为发送时间。单位时间内发送的比特数， 称为比特率。 • 因此，当A的第一个比特到达B时，可能A发送数 据的最后一个比特还在A中。同样，主机接收数 据也需要时间。
CSMA数据发送规则
• (1)主机仍然侦听信道直到信道空闲，然后把数据发送出 去。这种方式称为1-坚持CSMA。 • (2)主机不再侦听信道，而是等待一个随机时间后，再侦
听信道。这种方式称为非坚持CSMA。
• (3)还有一种p-坚持CSMA，它应用于划分时隙的信道。主 机在某些特定的时隙使用信道，而在其他时间等待或侦听。 在p-坚持CSMA中，如果信道空闲，则侦听的主机以概率p 发送，而以概率1-p把这次发送推迟到下一个时隙。
• 早期以太网采用总线型拓扑结构组网，网络中的 主机共享数据通道。以太网解决多台主机共享信 道的方法是载波侦听多路存取(Carrier Sense Multi Access，CSMA)。
3.1.1 CSMA数据发送规则
• CSMA规定，当主机发送数据时，它首先侦听信 道上是否有载波。
• 若没有载波，则表明信道上没有数据在传输，主 机便将数据发送到信道上。若有载波，主机按以 下工作方式操作：
清华大学计算机系列教材
王宝智 主编
局域网设计与组网实用教程
第3章 以太网技术
• • • • • • • 3.1 以太网通信方式 3.2 10M以太网 3.3 快速以太网FE 3.4 千兆以太网GE 3.5 万兆以太网10GE 3.6 以太网升级 习题
3.1 以太网通信方式
• 当前应用最广泛的局域网是以太网家族。以太网 系列技术是目前局域网组网首选的网络技术。
Байду номын сангаас
公式
• 显然，数据的发送时间与数据的长度L和比特率R有关(R 又与数据编码方式有关)。数据帧的最小长度Lmin应该满足 关系： 2τ=Lmin/R （公式A） 即 Lmin=2τR 又由于 τ=d/r 所以 Lmin=2dR/r • 其中d为网络共享链路的长度，常被称为网络直径，R是 数据率，r是信号传输速率。
批准时间
1995年 GE
1995年
1995年 10GE
1997年
IEEE标准 物理层标准 批准时间
802.3z 1000BASE-X 1998年
802.3ab 1000BASE-T 1998年
802.3ae 10GBASE-LR/LW 2002年
802.3ae 10GASE-ER/EW 2002年
3.1 以太网通信方式
空闲周期 时间
问题
• 假如一台主机A在争用周期的第一个时隙开始发
送数据，那么其他主机需要等待多长时间后发送 数据才能避免冲突。显然，讨论这个问题对于提
高信道利用率具有重要意义。
讨论
• 假设在t0时刻，A的第一个比特离开A开始向B传输，
经过τ后到达B。如图3-3所示，如果B在t0到t0+τ之 间发送数据，就会导致冲突。