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3.1-5 CSMA/CD算法缺陷在线视频

3.1-5 CSMA/CD算法缺陷

下一节:3.2-1 网桥与冲突域分割

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3.1-5 CSMA/CD算法缺陷课程教案、知识点、字幕

网络是一种产品

每一种网络技术的产生都有一定的历史背景

比如当时的软硬件条件和网络的市场需求等等

因此 它不可能是完美的 总会存在一定局限性和缺陷

CSMA/CD算法因为原理简单容易实现

在一定程度上解决了总线形以太网终端争用总线的问题

但是它也存在这样的一些缺陷

一个是CSMA/CD算法只适应轻负荷的情况

第二 它存在捕获效应

三是存在冲突域直径与最短帧长之间的制约关系

首先我们来看一下第一点

所谓网络的负荷就是某一个时间段内

连接在总线上的终端要通过总线来传输数据的总量

如果总线上的终端只有少量终端需要同时发送数据的话

那么经过CSMA/CD算法的调整

重复发生冲突的机会就比较小

比如总线上有两台终端 终端B和终端D

要同时向总线发送数据

那么这个时候 显然是要发生碰撞

在碰撞以后经过后退算法计算以后

终端B和终端D的两个延迟时间因为不同

所以终端B就成功地发送了数据

如果总线上同时有大量的终端 密集地向总线发送数据

那么经过CSMA/CD算法调整以后

重复发生冲突的概率就非常的大

比如说总线上的这5台终端同时要向总线发送数据

那么显然发生了冲突

这个时候经过CSMA/CD算法 每个终端产生一个延迟时间

同时要发送数据的终端比较多

所以后退以后延迟时间相同的概率就非常的大

比如说第一次延迟以后重复发送数据的可能是A和D

因为它们的延迟时间相同 所以又一次发生了冲突

第二次在A和D进入延迟时间以后

跟前面B C D3台终端又一次延迟时间相同

所以再一次发生冲突

这样的话 有可能会导致网络上连接在总线上的终端

不是处于跟其它终端冲突当中就是处于延迟等待状态

这样的话 使得总线的利用率就非常的低

所以 CSMA/CD算法只适应轻负荷的情况

那么为什么还会使用这种算法呢

因为在当时的办公应用当中很难使得总线有重负荷的情况

但是随着网络应用的不断深入

CSMA/CD算法的这种性能缺陷不断显现出来

这是第一点

下面来看第二点 就是这种算法存在捕获效应现象

首先我们看一下什么捕获效应

首先捕获效应就是有两台终端同时要密集地往总线发送数据

就是经过CSMA/CD算法产生延迟时间以后

使得其中的一台终端长期地能够争用到总线发送数据

而另一台终端长期地争不到总线

下面举个例子来说明一下这种现象

假设K是冲突次数0 1 2一直到2的k次方减1

是一个整数序列 这是由K产生的一个整数序列

那么r是从这个整数序列中随机选取的一个值

t是协议规定的时间 延迟时间T用t×r 产生延迟时间

这是后退算法的要点

假设现在网络上有两台终端 终端A和终端B

要同时发送数据

发送完了以后 它们就发生碰撞了 因为同时要发送

那么碰撞以后 终端A和终端B的冲突次数K都是等于1

因此它们产生的整数序列都是0和1

假定在终端A和终端B的整数序列当中

分别选取的这个值是

终端A选取r的值等于0 终端B选取r的值等于1

根据r的值算出了终端A的延迟时间就比终端B的要短

因此终端A就顺利地发送了数据

发送完了以后 它再一次跟终端B同时来争用总线

那这个时候 因为终端A的MAC帧是第一次发送

所以它碰撞的次数等于1

产生的整数序列是0和1

而对于终端B来说 因为MAC帧是第二次发生碰撞了

所以K的值就等于2

整数序列是0 1 2 3

那么这个时候 终端A从整数序列里面选取一个值

比终端B选取一个值要小的概率就比较大

比如终端A的r的值选取的是1 而终端B选取的r值是3

这个时候终端A又成功地发送了数据

那么有可能造成 终端B的延迟时间比较长

终端A已经发送了好几帧MAC帧以后

又同时再次和终端B竞争总线 又再一次发生冲突

那这个时候终端A的冲突次数还是等于1

而终端B的冲突次数就等于3了

由此终端A选取的r的值比终端B选取的小的概率就更大了

所以有可能造成终端A长期的争到总线发送数据

而终端B一直争用不到总线发送数据

这就是我们说的捕获效应

那么这种捕获效应说明CSMA/CD算法

不是一个对所有终端都公平竞争总线的算法

那么为什么还会用它呢

因为这个算法的捕获效应是在网络应用过程当中发现的

那么一旦发现这个现象以后

大家都认为这个一个非常严重的问题

如果不能解决的话

会严重影响基于CSMA/CD算法的总线形以太网的发展

这是第二个

下面我们来看第三个

就是冲突域直径与最短帧长之间的制约关系

首先我们来看一下什么叫冲突域直径

在总线形以太网总线上的终端

任何一个时刻只能有一台终端发送数据

如果有多台终端发送数据 那么一定发生冲突

把具有这种传输特性的网络所覆盖的范围 称为冲突域

而在这个冲突域里面 相距最远的两个终端之间的距离

称为冲突域直径

那么这个冲突域直径假设记为R

因为电信号在电缆当中传输的速率等于2/3光速

把这个冲突域直径R长度内 电信号传播的时间记为t

那么R和t之间在无中继器就存在这样一个线性关系

R等于t×(2/3)C

那么为了后面讨论 方便起见

有时候就把t作为冲突域直径来讨论

那么前面我们讲过中继器的功能可以把电信号再生

那么从理论上来说 有了中继器以后

冲突域可以无限扩大 冲突域直径就可以无限的长

那么这个冲突域是否可以无限呢

下面我们来分析一种相互之间冲突极端的现象

这是一个总线形以太网里的两台终端 终端A和终端B

假定是冲突域里面相距最远的两台终端

冲突域直径用t来表示

假设终端A在t0时刻要向终端B发送一个数据

那么这个信号要经过t时间才能到达终端B

那么如果在t0到t0+t期间 终端B也向总线发送数据的话

那么必然会产生冲突

那么极端的现象是什么呢

终端B刚刚发送数据 马上就检测到冲突发生了

那么终端B马上就停止发送数据并且发送一个阻塞信号

告诉终端A这边已经发送冲突了

但是这个冲突的信号要经过t时间才能到达终端A

也就是说终端A在发生冲突以后

要经过t时间才能感受到终端B和它的信号发生冲突了

终端A在发送MAC帧到接收到发生冲突的这个时间

就相当于是两个t了

终端A在什么情况下检测到冲突才是有意义的呢

我们前面讲过

CSMA/CD算法是终端发送数据时边发送边检测

如果检测到MAC帧发生冲突了

那么就知道这个MAC帧就要重新发送

终端A必须是要在发送MAC帧的时候

检测到这个冲突才有意义

这就意味着终端A要发送的MAC帧的时间要大于2t

才能检测到这种极端的冲突现象

结果就是如果冲突域直径是t的话

那么终端A发送的MAC帧的长度就要大于等于2t

那么我们把这个2t时间之内发送的MAC帧的长度

称为最短帧长

这个最短帧长是多长呢 多少个二进制位呢

我们可以算一下

假设终端的发送数据的速率是S 冲突域直径是t

最短帧长为Lmin等于2t×S

那么这个里面t是以太网标准是有规定的

比如10Mbps以太网标准规定t的时间是25.6us

那么我们可以由此算出这个最短帧长就等于64B

大家还记不记得 我们前面讲MAC帧的时候曾经讲过

MAC帧的总的数据长度是一个范围

可以是46字节到1500个字节以内

那么这个里面设置一个下限和上限

为什么上限的值1500个字节以前已经讲过了

当时没有说为什么要有46个字节的下限

现在应该明白了为什么要有46个字节这样的限制

因为最短帧长是64个字节

64个字节减掉地址还有其它类型等这样字节的长度

正好是46个字节

那么最短帧长的限制对网络速率的发展有什么影响呢

我们来看一下

如果总线形以太网数据传输速率从10M提升到100M的话

假设冲突域直径不变

那么最短帧长就由64B上升为640B

也就意味着 如果发送了2B的数据

按照100Mbps 最短帧长也要连续发送640B

如果我们保持最短帧长64B不变

冲突域直径就由原来的25.6us减少2.56us

那么我们把它算成长度的冲突域直径的话

无中继冲突域直径R等于512m

如果网络的速度再从100Mbps发展到1000Mbps的话

如果冲突域直径不变 最短帧长就增大到6400B

而最短帧长还是64B不变

那么冲突域直径t的值就是0.256us

而且如果换算成距离的长度R的话也就51.2米了

也就是说这个网络失去了意义

所以冲突域直径与最短帧长之间的制约关系

严重影响了网络速度的发展

总线形以太网发展到这个时候可以说是走到尽头了

如果不进行一场技术革命 以太网将可能面临淘汰

网络技术与应用课程列表:

先导语

-课程先导语

--先导语

第1讲 概论

-1.1 网络内涵

--网络内涵

-1.2 互联网发展过程

--互联网发展过程

-1.2 互联网发展过程--作业

-1.3 交换方式

--电路交换

-- 虚电路交换

--数据报交换

--三种交换方式比较

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-1.3 交换方式--作业

-1.4 计算机网络体系结构和协议

--分层结构

--网络体系结构与协议

--OSI体系结构

--TCP/IP体系结构

-1.4 计算机网络体系结构和协议--作业

-第一讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第2讲 数据通信基础

-本讲内容简介

--2.0 数据通信基础

-2.1 数据传输系统

--2.1 数据传输系统

-2.1 数据传输系统--作业

-2.2 信号

--2.2 信号

-2.2 信号--作业

-2.3 编码和调制

--2.3-1 编码

--2.3-2 调制

-2.3 编码和调制--作业

-2.4 差错控制

--2.4-1 差错控制—检错码

--2.4-2 差错控制—确认和重传

-2.4 差错控制--作业

-2.5 传输媒体

--2.5 传输媒体

-2.5 传输媒体--作业

-2.6 Packet Tracer6.2使用说明

--2.6 Packet Tracer6.2使用说明

-第二讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第3讲 以太网

-以太网发展过程与内容简介

--3.1 以太网发展过程和本讲内容简介

-以太网发展过程与内容简介--作业

-3.1 总线形以太网

--3.1-1 总线形以太网基础

--3.1-2 基带传输与曼彻斯特编码

--3.1-3 数据帧封装格式:mac帧

--3.1-4 CSMA/CD算法

--3.1-5 CSMA/CD算法缺陷

-3.1 总线形以太网--作业

-3.2 网桥与冲突域分割

--3.2-1 网桥与冲突域分割

--3.2-2 网桥工作过程演示

-3.2 网桥与冲突域分割--作业

-3.3 交换式以太网与VLAN

--3.3-1 VLAN与广播域分割

--3.3-2 单交换机VLAN划分过程

--3.3-3 跨交换机VLAN划分

--3.3-4 跨交换机VLAN划分配置过程演示

-3.3 交换式以太网与VLAN--作业

-3.4 以太网标准

--3.4 以太网标准

-3.4 以太网标准--作业

-第三讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-案例设计

--案例设计

-测验--作业

第4讲 无线局域网

-本讲内容简介

--无线局域网

-4.1 无线局域网概述

--4.1-1 无线数据传输

--4.1-2 无线局域网体系结构

-4.1 无线局域网概述--作业

-4.2 无线局域网应用方式

--4.2 无线局域网组网方式

-4.2 无线局域网应用方式--作业

-4.3 无线局域网MAC层

--4.3-1 无线局域网的MAC帧

--4.3-2 DCF和CSMA/CA

-4.3 无线局域网MAC层--作业

-4.4 终端接入无线局域网过程

--4.4 终端接入无线局域网过程

-4.4 终端接入无线局域网过程--作业

-4.5 无线局域网设计和分析

--4.5-1 无线局域网设计

--4.5-2 无线局域网设计演示实验

-第四讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第5讲 IP和网络互连

-本讲内容简介

-- IP与网络互连

-5.1 网络互连机制

--5.1 网络互连机制

-5.1 网络互连机制--作业

-5.2 网际协议

--5.2-1 IP-分类编址

--5.2-2 IP-无分类编址

--5.2-3 IP-分组格式

-5.2 网际协议--作业

-5.3 IP分组传输过程

--5.3 IP分组传输过程

-5.3 IP分组传输过程--作业

-5.4 路由表建立过程

--5.4-1 人工配置静态路由项

--5.4-2 路由协议与动态路由项

-5.4 路由表建立过程--作业

-5.5 IP over以太网

--5.5 IP Over以太网

-5.5 IP over以太网--作业

-5.6 三层交换机与VLAN间通信过程

--5.6-1 多端口路由器实现VLAN间通信过程

--5.6-2单臂路由器实现VLAN间通信过程

--5.6-3 三层交换机实现Vlan间通信过程

--5.6-4 三层交换机实现VLAN间通信过程演示实验

--5.6-5 互联设备之间的区别

-5.7 Internet控制报文协议

--5.7 Internet控制报文协议

-5.7 Internet控制报文协议--作业

-第五讲内容启示

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-案例设计

--案例设计

-例题分析

--5.9-1 例题分析1

--5.9-2 例题分析2

--5.9-3 例题分析3

-测验--作业

第6讲 Internet接入技术

-本讲内容简介

--本讲内容简介

-6.1 Internet接入控制机制

--6.1 Internet接入控制机制

-6.1 Internet接入控制机制--作业

-6.2 以太网和ADSL接入技术

--6.2-1 通过以太网接入Internet过程

--6.2-2 通过ADSL接入Internet过程

-6.2 以太网和ADSL接入技术--作业

-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器

--6.3-1 家庭局域网接入方式

--6.3-2 家庭无线路由器的配置

-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器--作业

-6.4 接入综合演示实验

--6.4 接入综合演示实验

-6.4 接入综合演示实验--作业

-第六讲内容的启示

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-例题分析

--第六讲 例题分析

-测验--作业

第7讲 传输层

-本讲内容简介

--传输层

-7.1 传输层服务特性

--传输层服务特性

-7.1 传输层服务特性--作业

-7.2 端口号

--端口号

-7.3 用户数据报协议UDP

--用户数据报协议UDP

-7.3 用户数据报协议UDP--作业

-7.4 传输控制协议TCP

--TCP特点和格式

--建立和释放连接过程

--TCP差错控制机制

--TCP拥塞控制机制

-- TCP的几点说明

-7.4 传输控制协议TCP--作业

-第七讲内容启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第8讲 应用层

-本讲内容简介

-- 应用层

-8.1 应用结构

--应用结构

-8.1 应用结构--作业

-8.2 域名解析

--8.2-1 域名结构与资源记录

--8.2-2 域名解析过程

--8.2-3 DNS演示实验

-8.2 域名解析--作业

-8.3 动态主机配置协议

--8.3-1 动态主机配置协议

--8.3-2 DHCP无中继演示实验

--8.3-3 DHCP中继演示实验

-8.3 动态主机配置协议--作业

-8.4 万维网

-- 万维网

-8.4 万维网--作业

-8.5 电子邮件

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-8.6 文件传输协议

--html

-例题分析

--例题分析

-案例设计

--CH8 案例设计

-应用层启示

--html

-测验--作业

第9讲 网络安全

-本讲内容简介

--9.0 网络安全内容简介

-9.1 网络安全概述

--9.1-1 网络安全现状与目标

--9.1-2 网络攻击举例

--9.1-3 DHCP欺骗攻击演示实验

-9.1 网络安全概述--作业

-9.2 网络安全基础

--9.2-1 数据加密

--9.2-2 报文摘要和数字签名

-9.2 网络安全基础--作业

-9.3 病毒检测与防御技术

--9.3 病毒检测与防御技术

-9.3 病毒检测与防御技术--作业

-9.4 以太网安全技术

--9.4-1 以太网安全技术

--9.4-2 防DHCP欺骗演示实验

-9.4 以太网安全技术--作业

-9.5 无线局域网安全技术

--9.5 无线局域网安全技术

--9.5-2 无线局域网安全演示实验

-9.5 无线局域网安全技术--作业

-9.6 防火墙

--9.6-1 无状态分组过滤器

--9.6-2 有状态分组过滤器

-9.6 防火墙--作业

-9.7 安全协议

--9.7 安全协议

-9.7 安全协议--作业

-例题分析

--例题分析

-防火墙演示实验

-- 防火墙演示实验

-案例设计

--案例设计

-网络安全的启示

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-测验--作业

附录

-附录1:综合应用分析

--综合应用分析

-附录2:Cisco实际设备网络构建与配置

--Cisco实际设备网络构建与配置

期末考试

-期末考试--考试试题

3.1-5 CSMA/CD算法缺陷笔记与讨论

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