04、第四单元-介质访问控制子层2

【介质访问控制子层】是数据链路层的一个重要组成部分，主要负责管理多个设备如何共享同一物理介质，如以太网中的同轴电缆或双绞线。在局域网（LAN）环境中，由于多个设备共享同一介质，介质访问控制子层（MAC层）的设计尤为重要，因为它确保了数据的有效传输，防止或减少了因多个设备同时发送数据导致的冲突。 在多路访问链路中，当多个站点尝试同时发送数据时，就会产生冲突。为了解决这个问题，OSI模型将介质访问控制功能划分为数据链路层的一个子层，即MAC子层。MAC子层不保证数据的可靠性传输，但提供了协调和控制站点访问介质的机制。在MAC子层之上，还有逻辑链路控制子层（LLC层），为上层协议提供服务，包括无确认无连接、有确认面向连接以及有确认无连接这三种服务类型。 以太网是广泛应用的局域网技术，始于1970年代，由Bob Metcalfe在Xerox PARC发明。随着时间的发展，以太网标准不断演进，从最初的10Mbps发展到100Mbps的快速以太网，再到1000Mbps的吉比特以太网。以太网的MAC层协议采用了著名的CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）机制。 CSMA/CD的工作原理如下： 1. 设备在发送数据前会监听介质是否空闲。如果介质空闲，设备立即发送数据。 2. 在发送过程中，设备会持续检测是否有冲突。如果有冲突，发送会立即停止，并发送32位干扰位来强化冲突信号。 3. 发生冲突后，设备会使用二进制指数退避算法随机等待一段时间后再尝试发送。具体来说，第一次冲突后，设备可能会等待0或1个时间片，第二次冲突可能等待0、1、2或3个时间片，以此类推，每次冲突后可选的时间片数量会翻倍，但不超过2^10（即1024）个时间片。这种方法称为截止式二进制指数退避算法。 时间片τ的长度通常与网络的比特率有关，例如在10Mbps的以太网中，一个时间片大约为51.2微秒。此外，MAC帧格式还包括前导字符、同步序列、帧起始定界符、目的地址、源地址、类型/长度字段、数据区以及帧校验序列等部分，这些都构成了以太网通信的基础。 介质访问控制子层是局域网通信的关键，它通过CSMA/CD策略和二进制指数退避算法有效地管理共享介质的访问，以确保数据包的正确传输，避免或解决冲突。随着网络技术的不断发展，介质访问控制方法也在持续改进，以适应更高的数据传输速率和更复杂的网络环境。