Chapter 07 區域網路原理
2024/06/18 Edited by Ting
IEEE802委員會及其標準

- 代表性網路架構
- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/ Collison Detection;載波感測多重存取/ 碰撞偵測):乙太網路(Ethernet;802.3)。
- CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/ Collison Avoidance;載波感測多重存取/ 碰撞避免):無線網路(Wi-Fi;802.11)。
CSMA/CD - 乙太網路(Ethernet, 802.3)
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CSMA/CD 流程圖

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CSMA/CD主要是依循"先聽(CS)再送、送完再聽"。
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CS(Carrier Sense;載波感測):感測有沒有在工作,沒工作就可以傳資料,有工作就讓設備知道,持續到工作停為止。
感測方式如下:
- 基頻(Baseband):感測傳輸線上是否有脈波變化,有就是在工作。
- 寬頻(Broadband):以調變載波訊號來感測是否在工作。
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MA(Mutiple Access;多重存取):各個工作點都可以對傳輸線進行存取,會有同一時間有多台設備同時傳輸資料的情況,所以CD就誕生了。
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CD(Collision Detection;碰撞偵測):發生在監聽(CS)後,檢測有沒有碰撞
- Case1:同一時間對無訊號的傳輸線傳輸,導致碰撞
- Case2:訊號有延遲(Propagation Delay;大約 ),導致碰撞,如下圖。

- 可以用Binary Exponentail Backoff(BEB)演算法來檢測碰撞。
- 發生碰撞送出壅塞信號(Jamming Signal)。
- 發生碰撞的所有工作點必須等待一段時間(Backoff; 這段時間發生退讓)。
- 等待退讓時間(Backoff Time)採隨機方式產生。
- 亂數數字如果再次相同,就是再發生碰撞,次數加一,16次後,直接丟棄訊框。

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乙太網路訊框格式
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FCS(Frame Check Sequence;訊框檢查序列)欄位。
負責除錯。
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訊框的解析
- Ethernet 2.0

- IEEE802.2/802.3

LLC有SSAP、DSAP與控制欄位,各佔1 bytes
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碰撞網域(Collision Domain)和廣播網域(Boardcast Domain)
- broadcast domain:廣播域中的節點可以在layer2通過廣播的方式到達任意一個節點,節點共享相同的通訊頻寬,也可能會發生碰撞,訊號也可能外洩。
- collision domain:用CSMA/CD進行節點運輸,同區域網路內有多台主機傳送資料時就有機率發生碰撞,發生碰撞會傳出壅塞信號(Jamming Signal),隨後就會給亂數,亂數相同就再次給亂數,當碰撞超過16次時,就會對網路進行切割。
- 每個Router(不同網域)下就是一個廣播網域。
- 每個Switch(同網域)下就是一個碰撞網域。


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交換機(Switch)運作
- Adress Learing
- 資料不會永久保存,一段時間就會更新(設備切換到其他位置會有錯誤)。
- 可以把資料塞爆它的儲存空間,讓它暫時變成hub(安全性低,可竊取資料)。
CSMA/CA - 無線網路(Wi-Fi, 802.11)
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CSMA/CA 流程圖

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為了避免傳送延遲(Propagation Delay),傳送端會等待訊框間隔(IFS;Inter-Frame Space;layer2 MAC)
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免競爭傳輸模式(PCF;Point Cootdination Function)
- 只是用在Infracture無線環境中,由協調者(通常是AP)決定個主機是否要發言。
- 訊框間隔(PIFS;PCF Inter-Frame Space),contention-free(CF-End;Contention Free End)。
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CSMA/CA(DCF; Distributed Coordination Function)
- 無線網路不像有線網路可以對碰撞進行偵測,所以改採碰撞避免(Collision Avoidance)。
- 可以用在Ad Hoc或Infractructure環境,主機要互相爭取發送權。
- 訊框間隔(DIFS; DCF Inter-Frame Space),contention。
- 運用亂數產生退讓時間(Backoff Time),退讓時間的計算以"時槽時間(slot time)"為單位。
- slot time相同就重傳,重傳次數越多,代表網路越壅塞,亂數範圍也越大,下圖是亂數範圍和重傳次數的關係

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Hidden terminal problem(隱藏節點問題):當A和C要傳資料給B時(AC互相看不到),會發生碰撞。

這時如果使用RTS/CTS,A會傳RTS給B,B會同時送CTS給A和C,就可以降低Hidden terminal problem。
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無線網路封包最大值: 2346 bytes。
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基地台
- RTS threshold(臨界值)預設 2347 bytes, 就是所有封包都使用Case1去傳。
- Packet fragmention(切割),如果環境有干擾,小封包傳送效率高。