電子信息工程學院課程教案計算機網(wǎng)絡，第7版，電子工業(yè)出版社日期2020年3月21日上午3-4節(jié)周次單元第3周第1單元章節(jié)（專題、項目）名稱第3章數(shù)據(jù)鏈路層(3.3節(jié))課時2教學目的掌握局域網(wǎng)中CSMA/CD協(xié)議的概念和工作原理。理解MAC地址的概念、爭用期的概念。掌握二進制指數(shù)類型退避算法。教學重點MAC地址、CSMA/CD協(xié)議工作原理、爭用期教學難點二進制指數(shù)類型退避算法教學模式講授教學手段多媒體課件和板書結(jié)合教學內(nèi)容第三節(jié)使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

1.局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

2.CSMA/CD協(xié)議

3.使用集線器的星形拓撲

4.以太網(wǎng)的信道利用率

5.以太網(wǎng)的MAC層教學過程詳見后面“教學過程頁”思考或作業(yè)課本P112第3-07、3-08、3-10、3-12、3-14、3-18題單元反思知識點講解詳細，進度偏慢，有些沒有難度的知識可適當減少課堂講授的時間。第3章數(shù)據(jù)鏈路層一、課程引入數(shù)據(jù)鏈路層如何進行差錯檢測？教學方法簡介與學習方法建議本課程的理論性較強，所以應采用講解、舉例、類比、自主探究、任務驅(qū)動、小組合作的教學方法，多結(jié)合實例，把書上的知識和現(xiàn)實生活中的應用結(jié)合起來二、新課講授3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡為一個單位所擁有；地理范圍和站點數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。媒體共享技術：靜態(tài)劃分信道：頻分復用時分復用波分復用碼分復用動態(tài)媒體接入控制（多點接入）：隨機接入受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。 為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，IEEE802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層；媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關。不管采用何傳輸媒體的局域網(wǎng)，對LLC子層來說都是透明的。適配器的作用：網(wǎng)絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。適配器的重要功能：進行串行/并行轉(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)進行緩存。在計算機的操作系統(tǒng)安裝設備驅(qū)動程序。實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。3.3.2CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD含義：載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)。“多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。“載波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。總線上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。爭用期：最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。對于以太網(wǎng)，規(guī)定爭用期為512比特時間。10Mbit/s以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度。對于10Mbit/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。CSMA/CD協(xié)議的要點：(1)準備發(fā)送。但在發(fā)送之前，必須先檢測信道。(2)檢測信道。若檢測到信道忙，則應不停地檢測，一直等待信道轉(zhuǎn)為空閑。若檢測到信道空閑，并在96比特時間內(nèi)信道保持空閑（保證了幀間最小間隔），就發(fā)送這個幀。(3)檢查碰撞。在發(fā)送過程中仍不停地檢測信道，即網(wǎng)絡適配器要邊發(fā)送邊監(jiān)聽。這里只有兩種可能性：①發(fā)送成功：在爭用期內(nèi)一直未檢測到碰撞。這個幀肯定能夠發(fā)送成功。發(fā)送完畢后，其他什么也不做。然后回到(1)。②發(fā)送失敗：在爭用期內(nèi)檢測到碰撞。這時立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并按規(guī)定發(fā)送人為干擾信號。適配器接著就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待r倍512比特時間后，返回到步驟(2)，繼續(xù)檢測信道。但若重傳達16次仍不能成功，則停止重傳而向上報錯。3.3.3使用集線器的星形拓撲傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。采用雙絞線的以太網(wǎng)采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)。集線器的一些特點：(1)集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。(2)使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，并共享邏輯上的總線。(3)集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。(4)集線器采用了專門的芯片，進行自適應串音回波抵消，減少了近端串音。3.3.5以太網(wǎng)的MAC層1.MAC層的硬件地址在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。但鑒于大家都早已習慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。EEE802標準規(guī)定MAC地址字段可采用6字節(jié)(48位)或2字節(jié)(16位)這兩種中的一種。IEEE的注冊管理機構(gòu)RA負責向廠家分配地址字段6個字節(jié)中的前三個字節(jié)(即高位24位)，稱為組織唯一標識符。地址字段6個字節(jié)中的后三個字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴展唯一標識符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復地址。組織唯一標識符組織唯一標識符擴展唯一標識符3字節(jié)（24位）3字節(jié)（24位）48位的MAC地址2.MAC幀的格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。無效的MAC幀：幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列F