数据链路层协议 广播链路 CSMA/CD协议

广播信道主要用于局域网。在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收，进行的是半双工通信。

信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。

• 单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道

• 半双工通信信道：双方都可以发送和接受信息，但不能同时发送也不能同时接收

• 全双工通信信道：双方都可以同时发送和接收

局域网的数据链路层 

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局域网最主要的特点是：

• 网络为一个单位所拥有（学校，单位，企业）
• 地理范围和站点数目均有限

局域网具有如下主要优点：

• 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
• 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
• 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。

 

局域网拓扑结构

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局域网传输媒体

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媒体共享技术

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共享媒体是指大家通信的时候，都使用一根线， 

静态划分信道

• 频分复用（一根线上，不同的计算机通信占用不同的频率）
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用

动态媒体接入控制（多点接入,当其中两个计算机通信，其他计算机就不能通信了，这是缺点，占线了）

• 随机接入
• 受控接入 ，如多点线路探询 (polling)，或轮询。 

广播信道的局域网

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最初的局域网使用同轴电缆进行组网，总线型拓扑。

广播信道使用带冲突检测的载波侦听多路访问（ CSMA/CD ）机制通信。

CSMA/CD就是广播信道使用的数据链路层协议，使用CSMA/CD协议的网络就是以太网。 点到点链路就不用冲突检测，因此没必要使用CSMA/CD协议。

A和B通信，那么网络中其他计算机也能够收到这个信号，铜线会将这个信号给到所有计算机。A和B通信得加上网卡的地址，也就是物理MAC地址。这样有源MAC和目标MAC，那么虽然其他计算机也可以收到，但是一看不是给自己的就不接收。

可以看到这就是一个广播信道，广播的意思就是计算机通信的时候所有计算机都可以收到。

使用集线器组建的局域网也是广播信道，是总线型拓扑。（A计算机和C计算机通信，那么这个信号通过集线器发给所有的口，不做任何的处理，也是一个广播信道）

点到点链路使用的是ppp协议，广播链路使用的是CSMA/CD协议

什么是集线器？

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集线器（ hub ）是工作在物理层、具有信号放大功能、以它为中心的网络设备。即一个多端口的中继器，以集线器为中心，连接多个节点。广播方式发送数据，也就是说，当它要发送数据时，会发送到与集线器相连的所有节点。

由于集线器没有控制功能，因此所有终端共享带宽，同一时刻只能一个终端发送数据，多个终端同时发送数据就会产生冲突。这时，集线器、连接线缆以及连接在集线器上的终端设备构成了一个冲突域。于是采用 CSMA/CD 方式决定终端能否发送数据。

以太网标准 

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以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准，即以太网的介质访问控制协议（CSMA/CD）及物理层技术规范（包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容）。

在IEEE 802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思。 

如何避免同时发送产生的碰撞？ 采用CSMA/CD（点到点链路PPP协议，广播链路CSMA/CD协议）

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总线型网络使用CSMA/CD协议进行通信，即带冲突检测的载波侦听多点接入技术。

即便检测出总线上没有信号，开始发送数据后也有可能和迎面而来的信号在链路上发生碰撞。

比如，A计算机发送的信号和B计算机发送的信号在链路C处发生碰撞，碰撞后的信号相互叠加，在总线上电压变化幅度将会增加，发送方检测到电压变化超过一定的门限值时，就认为发生冲突，这就是冲突检测。（开始发了，但是不一定成功，如果链路上没有碰撞，这样就能成功。发生碰撞了还得随机等一个时间，再接着发第二次）

使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。

在广播信道上，这些计算机需要实现点到点通信，必须要有解决冲突的办法，因为A和B发数据，其他的计算机都能够收到，这个时候C就不能和D进行通信了。因为A和B通信的时候相对于信号叠加了，这就造成干扰了，谁也通信不了了。

因此这些计算机在发送数据之前，需要先检查口子，有没有其他人的信号在传递。这就是载波监听。

或者还有一种是暂时没有检查到线路上的信号，由于距离有点远，还没检查到线路上的信号。

所以两个信号中途发生了碰撞。碰撞之后信号叠加就乱了，那么所有点都收到了比较乱的信号。所以还需要冲突检测

以太网提供的服务

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CSMA/CD 含义：载波监听多点接入（发送之前看看有没有信号） / 碰撞检测  (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 。（在不监听也就是在发数据之前检测有没有人在发数据，冲突检测也就是发送之后检测在线路上有没有发生碰撞，这种协议规定了在广播链路上发数据的机制，同时还规定了以太网帧的格式，比如源MAC地址和目标MAC地址字段，还有一个协议字段）

“多点接入”表示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”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。

总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

检测到碰撞后

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在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。

每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。

碰撞检测

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 “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。

当一个站检测到的信号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，表明产生了碰撞。

所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检 测”。

CSMA/CD 协议工作流程

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发送的时候先检测一下线路上有没有信号在传，这就是载波侦听，如果有就需要等着。如果没有侦听到信号，这个时候就开始发送，发送不一定成功，还得检测碰撞，如果有碰撞还得停止发送，等待随机时间再次发送。没有检测到碰撞就一直发送。

为什么要进行碰撞检测？

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为什么需要信号检测，因为信号传递的时候需要时间，极有可能产生冲突。

计算机解决点到点通信必须，必须得有解决冲突的办法，A给B发数据，那么其他的计算机都可以收到，现在C就不能和D通信了，那么信号就叠加了，造成干扰，谁也通信不了了。因此这些计算机在发送数据之前先要进行载波监听，看看链路上有没有信号，之后如果发生碰撞了，还得等一个随机时间，再发第二次。

CSMA/CD不仅仅规定了在共享介质上面发数据的机制，同时还规定了以太网帧的格式。比如协议字段，源和目的MAC地址。