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title: CH4.IEEE 802.3 CSMA/CD網路
tags: 區域網路與高速網路
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## 區域網路與高速網路
### CH4.IEEE 802.3 CSMA/CD網路
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#### 特性
1. 傳送速率10 Mbps
2. 訊框格式 IEEE 802.3 CSMA/CD
3. 傳輸媒介可為同軸電纜、雙絞線、光纖
4. 採用 CSMA/CD，**沒有提供優先權傳輸服務**
5. 廣播式傳輸 (Broadcasting)
6. 不保証傳送不會延遲(會碰撞)
7. 頻寬使用不保証公平(競爭式傳輸)
8. 高負載時頻寬使用率低(碰種嚴重導致troughput低)
9. 不適合多媒體資訊傳輸(不具有即時性)
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#### IEEE 802.3 的通訊結構
主要內容：
1. MAC 服務規格 (Service Specification)
2. MAC 通訊協定 (CSMA/CD Protocol)
3. 實體層訊號處理 (PLS，Physical Layer Signaling)
4. 接觸單元介面(AUI，Attachment Unit Interface)
5. 媒介接觸單元(MAU，Medium Attachment Unit)

實體層訊號處理 (PLS)
主要工作有：
1. 資料編馬（採用Manchester編碼）
2. 提供通道時序
3. 針對傳送之訊框產生前導部份及針對接收之訊框刪除前導部份。

接觸單元介面 (AUI)
PLS 的連接器規格還有連接到MAU的電纜(分岔電纜 (Branch cable)或收發器電纜 (Transceiver cable))。

媒介接觸單元 (MAU)
1. 又稱為「傳接器」或「收發器」(Transceiver)、「栓接器」(TAP)
2. Physical Medium Attachment (PMA)：
透過 MDI 直接與傳輸媒介（同軸電纜）接觸，有收發及衝撞偵測的硬體線路。
3. Medium Dependent Interface (MDI)：與傳輸媒介（同軸電纜）接觸的介面。
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#### 訊框格式
IEEE 802.3的 MAC-訊框
|名稱|長度(bytes)|用途|
|---|---|---|
|Preamble|7|接收的同步功能</br>(synchronization)|
|SFD</br>(Start Frame Delimiter)|1|表示訊框的開始|
|DA</br>(Destination Address)|2or6|目的地工作站位址|
|SA</br>(Source Address)|2or6|原始工作站位址|
|Length|2|LLC長度|
|LLC|max 1500|最長為1500位元組|
|PAD</br>(Padding)||LLC長度小於48位元組時，填補位元組|
|FCS</br>(Frame Check Sequence)|4|訊框的檢查碼(CRC-32)|
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#### 地址欄位
- **DA&SA address 種類：2、6 bytes**
- 全為"1"表示該地址為廣播地址
- address分為兩類
> - 各別地址(Individual address)：對單一主機(唯一)
> - 群體地址(Group address)：
>> - 多重傳播地址(Multicast address) ：目標為群體中所有的成員。
>> - 廣播地址(Broadcast address) ：目標為網路上所有的工作站。
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#### 訊框檢查碼
## **CRC-32 (Cyclic Redundancy Check) 實作**
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#### CSMA/CD 通訊協定
動作步驟
1. 載波偵測(Carrier Sense)沒訊號才能傳
2. 傳輸過程持續監聽，若碰撞便取消傳送
3. 送出擾亂訊號(Jamming Signal)使其他通訊確實碰撞
4. 建立隨機等待(random delay time)後重送

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#### 延遲時間計算
note：時槽時間(slot time) ，其定義是訊號由網路上最遠的二端來回傳遞一次所需的時間(Round-trip propagation delay)，一個時槽時間約為 51.2 微秒。
二元指數後退演算法(Binary Exponential Backoff Algorithm)：
> n：連續發生衝撞的次數(n ≦ 16)
> k：MIN(n,10) ，n 值和 10 的最小值。
> r：隨機延遲時間，單位時槽時間(slot time)。而0 ≦r＜2k，r∈{0,1,2....,2k-2,2k-1}。k為限制延遲最長時間避免延遲太長引響效率
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#### 三種監聽訊號種類
|方法|策略|適用情境|
|---|---|---|
|1-堅持法</br>(1-persistent)|訊號消失後立刻送出|網路負載輕的環境|
|p-堅持法</br>(p-persistent)|訊號消失後立刻送出的機率為 p</br>0 ＜ p ＜ 1 |具有較佳效率</br>實作上較複雜|
|0-堅持法</br>(0-persistent)|監聽到訊號便退出，進入隨機延遲|網路負載重</br>(減少衝撞但沒效率)|
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#### 同軸電纜系統之 Ethernet 網路
採用基頻傳輸，頻率為10 MHz，阻抗為 50 歐姆。
電纜兩端各需要一個終端器(terminator)。
每段電纜最長為500公尺，工作站間最多2個訊號增益器。
工作站間同軸電纜長度最長為1500公尺。
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#### 寬頻 CSMA/CD
> 寬頻 CSMA/CD (broadband) 與基頻 CSMA/CD (baseband) 最主要的差別在於衝撞偵測方法 (Collision Detection)及載波感測方法(Carrier Sensing) 的不同。
> 基頻CSMA/CD最多2a時間即可判斷衝撞
> 寬頻CSMA/CD需要4a的時間才能判斷出訊框有無發生衝撞，
> 因為衝撞卻也須經過 2a 時間才能到達傳送端。
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#### 亂碼/順碼處理
- 目的：避免出現太長連續的 "0" 或 "1"。
- 亂碼處理採用「回授位移暫存器」(Feedback shift register)
- 順碼處理採用「前授位移暫存器」（Feedforward shift register)

假設原來的資料為 Am 則經過打亂的資料可以下列方程式表示：