GB T 15629.3-1995 信息处理系统 局域网 第3部分 带碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA CD)的访问方法和物理层规范.pdf

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1、中华人民共和国国家标准信息处理系统局域网第部分带碰撞检测的载波侦听多址访问的访问方法和物理层规范发布实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准信息处理系统局域网第部分带碰撞检测的载波侦听多址访问的访问方法和物理层规范国家技术监督局批准实施本标准等同采用国际标准信息处理系统局域网第部分带碰撞检测的载波侦听多址访问的访问方法和物理层规范引言概述基本概念带碰撞检测的载波侦听多址访问的媒体访问方法是一种手段借助这种手段两个或多个站共享公共传输媒体其站要发送就要等待推迟到媒体上的一个寂静周期即没有其他站在发送然后以比特串行的形式发送指定的电文如果在启动传输之后该电文与其他站发送的电文相碰撞则每个发送站

2、将有意地发送几个附加的字节以确保该碰撞传播到整个系统该站再次尝试发送之前将保持一段随机的安静时间退避在本标准的后随各章条中将要详细地规定该访问方法过程的每个方面本标准是采用访问方法的局域网的综合性标准本标准打算包括信号速率从到的几种媒体类型和技术本版本的标准为基带的实现提供了必要的规范和有关的参数值体系结构的概观考察局域网的设计有两种重要的方法它们是体系结构强调系统的逻辑划分及它们如何连在一起实现强调实际的部件及它们的组装和互连本标准是按照体系结构的方法来组织的它强调将系统划分为两大部分数据链路层的媒体访问控制子层和物理层这些层意图紧密地对应于开放系统互连模型的最低两层见图见逻辑链路控制子层和

3、媒体访问控制子层一起完成开放系统互连模型中所定义的数据链路的预期功能图标准与参考模型的关系连接单元接口媒体连接单元媒体相关接口物理媒体连接本标准的体系结构组织有两个主要的优点清晰性按照体系结构的方法将局域网的设计进行明确的总体划分使本标准更为清晰灵活性在物理层中把与媒体相关的方面分离出来使得子层和子层能适用于一系列传输媒体将数据链路层进行划分允许在局域网系列标准中有多种媒体访问方法该体系结构模型是基于一组接口而建立的但这些接口不同于具体实现中所强调的那些接口然而设计中的一个关键性方面兼容性将大量地按照具体实现的接口加以陈述在体系结构的物理层内定义了两个重要的兼容性接口媒体相关接口为了以兼容的方

4、式进行通信所有站都必须严格地遵守本标准第章及有关章条定义的物理媒体信号的准确规范和对一个站正确行为的规程作出定义不应使和子层与媒体无关的方面在这点上受到损害本标准定义的局域网通信要求在物理媒体接口即同轴电缆电接口处上完全兼容连接单元接口可以预料大多数都放在离开它们与同轴电缆连接有一定距离的地方在紧靠同轴电缆的媒体连接单元中仅有少量的电路而大部分硬件和全部软件都在内被定义为第二个兼容接口虽然为确保通信不必严格要求符合这个接口但仍极力推荐做到这一点因为这将允许和混合使用时有极大的灵活性可以是选项或者对于本标准的某些具体实现而言不作规定在这些实现中希望不使用单独的或其互连的电缆而直接连到媒体此时和都

5、是单个单元的一部分并且不要求有明显的规范层间接口本标准所使用的体系结构模型中各层通过精确定义的接口实现交互作用按照第章和第章的规定提供服务通常接口的要求如下子层和子层之间的接口包括发送和接收帧的设施并提供每个操作的状态信息以供较高层差错恢复规程使用子层和物理层之间的接口包括发送帧载波侦听发送启动和解决争用碰撞检测中使用的信号便于在两层之间传送一对串行比特流发送接收以及用于定时的等待功能在条中更精确地描述了这些接口为了允许较高级别的网络管理设施能与这些层接口交互作用来完成操作维护和调配功能附加接口是必要的网络管理功能将在第章中讨论应用领域局域网预期用于商业和轻工业环境虽然不排除它用于家庭或重工业

6、环境但在本标准范围内未考虑这类环境记法状态图约定可以将协议细分为若干相互有关的功能来描述协议操作这些功能的操作能用状态图来描述每个图表示一个功能域由一组互相连接又各不相容的状态组成在任一给定时刻仅有一个功能状态是起作用的见图功能所具有的每个状态用一个矩形来表示它们可以用一条水平线分为两部分上面的部分用大写字母名称来标识该状态下面的部分包含由该功能产生的任何信号的名称用方括号内的短语来描述动作进入状态的条件退出状态的条件图状态图记法举例条件例如如果无碰撞动作例如复位功能逻辑与逻辑或等待时间与实现相关延迟超时退避超时无条件转换功能状态间所有允许的转换用它们之间的箭头图表示那些在性质上属全局性的转换

7、例如从所有的状态退出到或状态的这样一种情况用一个开放箭头表示转换的标记是在采取转换前必须完成的限定符标记表示无条件转换限定符用圆括号内的短语来描述状态转换和发送及接收电文都瞬间地发生当进入一个状态并且离开该状态的条件未立即满足时该状态将连续地有效以连续的方式发送该状态所包含的电文及执行该状态内所包含的动作本标准中所描述的某些装置即中继器允许有两个或两个以上的端口能描述未规定端口数目设备的操作状态图要求允许对多端口处的条件进行测试的限定符记法所使用的记法是一个条件它包含圆括号内的描述指出哪些端口例如和必须适合该条件以使限定的条件得到满足还需要对条件赋值语句提供将名称分配给满足限定符端口下列约定用

8、来描述与转换相关的条件赋值语句字符冒号是定界符它用来表示后随是条件赋值语句字符左箭头表示将跟在箭头后面的值分配给箭头至箭头前面的那个条件状态图包含对它们描绘的功能的权威性说明当描述性文本和状态图出现明显矛盾时则状态图应处于优先地位然而这并不是要轻视在状态图内没有与之平行的文本中的任何显式描述状态图所表示的模型打算用作为要提供功能的主要规范然而重要的是区分模型和实际的实现之间的差别对于简单和清晰的表示来说该模型是最优化的而任何实际的实现则可能更为强调特定实现技术的有效性与适应性必须与本标准相匹配的是任一单元的功能行为而不是其内部结构模型的内部细节仅在于它们清晰及精确地规定外部行为才是有用的服务规

9、范方法和记法一个层或子层的服务是向与其紧邻的较高子层中的用户提供的一组能力本标准通过描述表征每种服务的原语和参数来定义抽象的服务这种服务的定义与任何特定的实现无关见图特定的实现还可能包括对接口提供交互作用的规定这种交互作用对端对端没有直接影响这种本地交互作用的实例包括接口流量控制状态请求和指示差错通知和层管理本服务规范中略去了特定实现的细节因为在不同的实现中它们会是不相同的另外也因为它们不影响对等对对等的协议图服务原语记法服务原语的分类原语有下列二种类属类型请求层向层传递请求原语以请求启动服务指示层向层传递指示原语以指示层内部的某一事件对层是有效的这一事件可能在逻辑上与远程服务请求有关也可能是

10、层的内部事件引起的服务原语是功能规范和用户层交互作用的一种抽象概念但这种抽象定义不包含用户提供者交互作用的本地细节例如它不指明允许用户表示它在等待人呼叫的本地机制每一原语具有一组零个或多个参数它们表示藉以限定由该原语所启用的功能而应加以传递的数据元素参数表示用户提供者交互作用中可使用的信息在任何一种特定的接口中某些参数可以被明确地表示即便在语言中没有明确地定义或者隐含地与服务访问点相联系同样在任何一种特定的协议规范中与服务原语相应的功能可以被明确地定义也可隐含地可使用物理层和媒体记法本标准的使用者需要参考正在使用的或被标识的是哪一种特定的实现因此给出了一种简单的三字段类型记法来标识每种实现的方

11、法这种记法明确地表示在每一有关章的开头处一般用下列几个字段来规定物理层类型数据速率媒体类型最大段长度例如本标准包括一种基带规范标识为其含义是基带媒体其最大段长度为以后的每个物理层规范将以类似的方式来表示其本身唯一的类型标识符物理层电文记法物理层内产生的电文无论是在和它是指电路内部或是在它们之间产生的都用小写字母来表示以指明执行物理层信令过程所使用的物理或逻辑电文的形式例如或引用标准电工电子产品基本环境试验规程信息技术设备包括电气事务设备的安全数据处理词汇部分数据通信激光产品的辐射安全设备分类要求和用户指南通信光缆的一般要求信息技术设备的无线电干扰特性极限值和测量方法信息处理系统开放系统互连基本

12、参考模型型射频同轴连接器型射频同轴连接器光纤光缆连接器第部分总规范高压测试技术射频电缆第部分一般要求和测量方法对射频电缆第部分附录条的第一次补充高达的传输阻抗有限三维空间测试方法光纤第部分总规范光纤第部分产品规范光缆第部分产品规范频率低于矩形连接器第部分具有圆柱形接触件固定实芯接触件类型的一整套连接器详细规范光缆连接器第部分型光纤连接器截面规范注由和所支持的一些外国地区标准和外国标准不是本标准的组成部分供参考的这些地区标准或外国标准可能是有用的资源材料它们列在附录参考件中定义本标准中所使用的定义符合的规定与系统关系更具体的第部分正处于编制之中服务规范主题内容与适用范围本章规定了局域网标准用的由

13、媒体访问控制子层向逻辑链路控制子层提供的服务见图这种服务是用抽象的方法描述的并不隐含任何特定实现或任何外露的接口在原语与条和条所描述的形式过程和接口之间不必一一对应图服务规范与模型的关系连接单元接口媒体连接单元媒体相关接口物理媒体连接服务概述层提供服务的一般描述子层提供的服务允许本地子层实体与对等子层实体交换数据单元为了将子层实体复位到某一已知状态可以提供可选的支持服务规范所使用的模型本服务规范中所使用的模型与条中所使用的模型相同交互作用概要基本服务和选项本章中所描述的和原语应被认为是必备的详细服务规范功能该原语定义了由本地子层实体向单个对等实体或向组地址情况中的多个对等实体之间的数据传送服务

14、原语的语义该原语的语义如下参数即可规定单个实体地址也可规定成组实体地址该参数必须包含产生字段的足够信息和物理信息所产生的字段由本地子层实体加到帧上参数规定了由子层实体发送的服务数据单元子层实体应具有足够的与有关的信息以便决定数据单元的长度参数表示或较高层所要求的服务质量见条产生条件每当向一个或若干个对等实体传送数据时子层实体就产生该原语如同类型服务所要求的那样这可能是对较高层请求的响应或是对内部所产生数据请求的响应收后效果收到该原语将导致实体附加上所有的特定字段包括和对特定媒体访问方法是唯一的任何字段并将正确地构成的帧传递给较低协议层以便传送给对等的一个或多个子层实体附加注释协议提供单一的服务

15、质量而与所请求的无关功能该原语定义了在组地址情况下从子层实体到子层的一个实体或多个实体的数据传送服务原语的语义该服务原语的语义如下参数可以是入帧的字段所规定的单地址或组地址参数是入帧的字段所规定的单地址参数规定了由本地实体所接收的服务数据单元参数用来向子层实体传递状态信息产生条件为了指示帧已到达本地子层实体由子层实体向子层的一个实体或多个实体传递仅当这些帧已有效地形成接收无差错及它们的目的地址指明为本地实体时才作出报告收后效果不规定子层接收该原语的效果附加注释如果的参数指定本地子层实体则实体也要调用这一指示原语将其传给本地实体子层的这种全双工特性可能是由于子层范围内的唯一性功能或较低层的全双工

16、特性例如发送广播地址的所有帧都将使网络上的所有站都调用包括产生该请求的站在内而引起的媒体访问控制的帧结构概述本章详细地定义了使用局域网媒体访问控制规程的数据通信系统用的帧结构它定义了帧各组成部分的相对位置它定义了表示站地址的方法它也定义了将地址空间划分为单单个站地址和组组播或多个站地址用户管理的地址和全球管理的地址帧格式图表示了帧的个字段前导码帧起始定界符帧的源和目的地址表示后随字段长度的长度字段包括要发送的数据填充用的字段如需要以及为了检测接收帧中差错用的包含循环冗余检验值的帧检验序列字段这个字段中除了数据和填充字段外都是固定长度这两个字段可以包含任意整数个八位位组其值在由媒体访问机制的具体

17、实现所决定的最小值和最大值之间特定的实现见条条中的最小和最大帧长度的限制指的是从目的地址字段至帧检验序列字段的那部分长度包含目的地址字段和帧检验序列字段图帧格式对于图帧的八位位组从上到下发送八位位组的比特从左到右发送帧的组成部分前导码字段前导码为个八位位组它用来使电路跟收到的帧定时达到稳态同步见条帧起始定界符字段帧起始定界符字段为序列它紧跟在前导码模式之后并表示帧的开始地址字段每个帧包含两种地址字段依次为目的地址字段和源地址字段目的地址字段应规定该帧准备发往的目的地源地址字段应标识启动发送该帧的站每种地址字段表示如下见图每种地址字段应包含比特或比特然而在任一给定时刻对于一个特定的局域网上所有的

18、站源和目的地址字段的长度必须相同图地址字段格式单地址组地址全球管理地址本地管理地址对比特还是比特源和目的地址的支持应由制造厂根据具体实现来确定但不要求制造厂对这两种地址长度都支持目的地址字段中的第个比特用作地址类型指示比特以标识目的地址是单地址还是组地址在源地址字段中第个比特是被保留并置成如果该比特为表示该地址字段中包含单地址如果该比特为表示该地址字段中包含组地址它标识在连接到局域网上的个个多个或所有的站对于比特地址第个比特用来区分本地管理地址和全球管理地址对于全球管理地址或称地址该比特置为如果地址是要本地分配的则该比特置为注意对于广播地址该比特也置为每种地址字段中的每个八位位组应首先发送最低

19、有效比特地址命名子层地址为下列两种地址中的一种单地址该地址与网络上的特定站有关组地址多目的地址它与给定网络上的一个或多个站有关组播地址有两种成组组播地址通过较高级别的约定与一组逻辑上相关的站有关系的一种地址广播地址一种特殊的预先规定的组播地址它总是表示某个给定的局域网上所有的站的集合目的地址字段全对于比特或比特地址长度的局域网而言被预先定义为广播地址对每种通信媒体这个组全被预先定义为由连接到该媒体上的所有工作站组成它应用来对该媒体上的所有工作站进行广播所有的站应能识别该广播地址一个站不一定必须能产生该广播地址还应将地址空间划分为本地管理地址和全球管理地址管理这些全球地址地址的团体以及程序的性质

20、不属于本标准的范围目的地址字段目的地址字段应规定该帧准备发往的站它可以是单地址或组播包括广播地址源地址字段源地址字段规定发送该帧的站子层不解释源地址字段长度字段长度字段是个八位位组它的值表示数据字段中数据八位位组的数目如果该值小于协议正常操作所要求的最小值则在数据字段的末尾并且在下面要规定的字段之前添加填充字段八位位组序列确定填充字段长度的规程在条中规定首先发送和接收的长度字段为高阶八位位组注对长度字段的值大于条中规定值的若干包可以不理睬可以丢弃或以专用方式使用使用这样的包不属于本标准的范围数据和填充字段数据字段包含个八位位组的序列完全的数据透明性是在下述意义上提供的那就是在数据字段中可以出现

21、任意个八位位组序列八位位组个数最高可达使用本标准的实现所规定的最大数目为止为了协议的正常操作需要一个最小帧长度它由本标准的特定实现加以规定如果必要数据字段可以通过添加附加的以八位位组为单位的比特即填充来扩充这种扩充是添加在数据字段之后但在经计算而附加的之前如果有填充时其长度由提供的数据字段长度最小帧长度和特定实现的地址长度参数来确定数据字段的最大长度由最大帧长度和特定实现的地址参数来确定个八位位组长度的数据所要求的填充字段长度是个比特数据字段最大可能的长度是个八位位组实现参数的讨论见条的讨论见条帧检验序列字段发送和接收算法都使用循环冗余检验来产生字段的值帧检验序列字段包含个八位位组比特的循环冗

22、余检验值该值是作为源地址目的地址长度数据和填充即除了前导码和之外的所有字段内容的函数来进行计算而得到编码是由下列生成多项式来定义的在数学上相应于一个给定帧的值按下列步骤确定对该帧的最初比特求补然后将该帧的个比特看作是一个次幂多项式的系数目的地址字段的第个比特对应于而数据字段的最后个比特对应于项将乘以然后除以得到一个幂次小于的余式将的系数看作是一个比特的序列对该比特序列求补其结果就是将比特的值放进帧检验序列字段使项为第个八位位组的最左一个比特而项为最后一个八位位组最右一个比特因而以的顺序发送的各个比特见附录参考件参考文献比特传输的次序除外帧的每个八位位组其低阶比特首先发送无效帧将至少符合下列条件

23、之一的帧定义为无效帧帧长度与长度字段不一致在长度上它不是整数个八位位组入帧的各比特不包括字段自身不能生成与所接收的值相同的值无效帧的内容不应传递给可以将出现无效帧的情况通知网络管理媒体访问控制方法媒体访问控制方法的功能模型概述本章利用第章中描述的体系结构模型来提供局域网子层的功能描述子层定义了一种与媒体无关的设施它是建立在由物理层提供的与媒体相关的物理设施之上并在与访问层无关的局域网子层之下它适用于普通类型的局域网广播媒体而这种媒体是适合用于称为带碰撞检测的载波侦听多址访问的媒体访问规程子层和子层在一起具有的功能预期与模型中所描述的数据链路层单独具有的功能相同在广播网络中两个网络实体之间的数据

24、链路概念与特殊的物理连接不是直接对应尽管如此本标准提出的功能划分中所要求的两种主要功能一般与要在子层中执行的数据链路控制规程有关这两种功能如下数据封装发送和接收成帧帧定界帧同步寻址源和目的地址的处理差错检测物理媒体传输差错的检测媒体访问管理媒体分配避免碰撞解决争用处理碰撞本章的其余部分提供方法的功能模型操作本章按照体系结构的功能模型提供了帧发送和接收的概述这种概述是描述性的而不是定义性的这里所描述的操作的形式规范在和条中给出符合本标准机制的具体实现在条中给出图提供了下面几条中的功能上描述的体系结构模型为了将比特串行地传输到物理媒体上物理层中的物理层信令部件为子层提供接口为了完整性起见在以后的操

25、作描述中这些功能中的一部分将作为描述性材料予以包括功能的简要规范在条给出功能的简要规范在第章中给出发送帧的操作与接收帧的操作无关发往始发站的发送帧将被接收并传递给该站的子层子层的这个特性可由子层内的功能或较低层部分的全双工特性来实现图子层划分及其与参考模型的关系连接单元接口媒体连接单元媒体相关接口物理媒体连接正常操作无争用传输当子层请求传输一个帧时子层的发送数据封装部件对来自提供的数据构成帧它将前导码和帧的起始定界符加到该帧的开始部分利用子层所传递的信息子层还将足够长度的加到信息字段的末尾部分以确保发送的帧长度满足最小帧长度要求见条它还将目的地址和源地址长度计数字段以及保证差错检测的帧检验序列

26、字段加到该帧然后将该帧交给子层中的媒体访问管理部件以便传输借助于监视由物理层信令部件所提供的载波侦听信号及推迟传递信息量的方法发送媒体访问管理试图避免与媒体上的其他信息量发生争用当媒体空闲时启动帧的传输为了向其他的子层和物理媒体提供恢复时间应在短暂的帧间延迟之后启动然后子层向接口提供串行比特流以便传输完成在媒体上实际产生表示帧的各个比特电信号的任务同时它监视媒体并产生碰撞检测信号在所讨论的无争用情况下在帧的持续期内碰撞检测信号是维持断开的物理层的功能描述在第章及以后的章中给出当无争用情况下已经完成传输时子层使用与之间的接口通知子层并等待帧传输的下一个请求无争用接收在每个接收站到达的帧首先由检测

27、是通过与入前导码同步和接通载波侦听信号来响应的当编码的比特由媒体到达时则对它们进行译码并反转换成二进制数据将随后的比特向上传送到子层在那里将直到并包括前导码和帧起始定界符的末尾部分的这些引导比特丢弃此时正在监视载波侦听信号的子层中的接收媒体访问管理部件正在等待要交付的各个入比特只要载波信号保持接通接收媒体访问管理部件就收集来自的各个比特当载波侦听信号被除去时如果必要就将该帧按八位位组边界截断并将它传递到接收数据解封部件进行处理接收数据解封部件检验帧的目的地址以决定本站是否应接收该帧如果是这样的话它将目的地址源地址和数据单元连同表示或的相应状态代码一起传送到子层它还利用检查帧检验序列来检测该帧在

28、途中所经受的任何破坏以及利用检验该帧末尾的原有八位位组边界的对齐来检验无效的帧对具有有效的帧也要检验正确的八位位组边界对齐访问干扰和恢复假如多个站同时尝试发送尽管企图利用推迟的方法来避免干扰但它们彼此之间的传输干扰仍是可能的两个站的传输重叠时引起的争用称为碰撞在给定站发送的信号有时间传播到媒体上的所有站之前在其传输的初期碰撞窗口该站可能遭受到碰撞一旦通过了该碰撞窗口就认为发送站已获得媒体随后的碰撞就可避免这是因为可以假定所有其他正常工作站已经注意到该信号通过载波侦听并推迟传输这样获得媒体的时间是以物理层的往返传播时间为基础的这里物理层的部件包括和物理媒体万一发生碰撞发送站的物理层首先就注意到媒

29、体上的干扰然后接通碰撞检测信号接着子层的发送媒体访问管理部件本身也注意到这种干扰并开始处理碰撞首先发送媒体访问管理利用发送一个称为强制干扰的比特序列来加强该碰撞在条中提供了使用这种强制过程的一种实现这样就保证了有足够长的碰撞持续期以使其他与碰撞有关的发送站都得到通知发送强制干扰信号之后发送媒体管理就终止传输并在一个随机选择的时间间隔后调度另一次传输尝试面临重复碰撞时则再次进行重传尝试由于重复的碰撞表示媒体忙所以发送媒体访问管理仍企图利用退避的方法来调整媒体负荷自发地延迟它自身的重传来减轻媒体上的负荷这借助于廷长时间间隔来完成随机重传时间是从每一相继的发送尝试的时间间隔中选择出来的最后或者重传成

30、功或者认为在媒体故障或过载的情况下放弃重传尝试在接收端由碰撞引起的比特完全象有效帧的比特一样被接收和译码媒体访问控制子层中的接收媒体访问管理部件把碰撞期间接收的不完全帧与有效帧区别开来与子层和物理层的关系子层向子层提供帧的发送和接收所需要的服务对这些服务的访问在条规定子层尽力获得媒体并向传送串行比特流虽然要向报告某些差错但它不提供差错恢复差错恢复可由或较高的子层来提供访问方法功能能力子层的功能能力汇总如下打算将它作为本标准的能力快速参考指南如图中所描绘的那样对于帧发送从子层接收数据并构成帧向物理层提供串行比特数据流以便在媒体上传输注假定从子层传递的数据是整数个八位位组对于帧接收接收从物理层来的

31、串行比特数据流把帧提交给子层它们既可以是广播帧也可以是直接对本地站寻址的帧丢弃不对本接收站寻址的所有帧或者将它们传递给网络管理每当物理媒体处于忙时就推迟串行比特流的传输将适当的值加到出帧上并验证完整的八位位组边界对齐通过检验入帧的传输差错并验证八位位组边界对齐将帧比特流的传输延迟一段规定的帧间间隔时间当检测到碰撞时暂停传输在碰撞之后调度重传直到达到规定的重传极限为止利用发送强制干扰电文来强迫碰撞信号传播到整个网络丢弃收到的小于最小长度的传输将前导码帧起始定界符目的地址源地址长度计数及字段加到所有的帧帧的数据长度小于最小值时还要插入填充字段除去收到帧中的前导码帧起始定界符长度计数及填充字段如果需

32、要填充图媒体访问控制功能注编号系指条列出的功能媒体访问控制方法精确的规范引言在本章中给出了精确的算法定义以计算机语言程序的形式提供了进程的过程模型关于资源材料见附录参考件参考文献和请注意每当方法在某些方面的定义有明显的二义性时就应在至条的过程规范中查阅有关这种定义性语句过程模型概述方法的功能在下面给出并用计算机语言编写的程序作为模型该过程模型打算作为子层任一实现中要提供的功能的主要规范然而重要的是区分模型与实际实现对于简单和清晰的表示来说该模型是最佳化的而任何实际的实现则应更为强调特定实现技术或计算机体系结构的有效性与适应性这样一些制约条件上在本文中必须考虑过程模型的几种重要特性过程模型的基本

33、原则首先必须强调用计算机语言来描述子层但这决不意味着过程应象计算机执行程序那样来实现实现可以采用任何适当的技术包括硬件固件软件或它们的任何组合同样必须强调应符合标准的是任何子层实现的行为而不是它们内部的结构过程模型内部的细节仅当有助于清晰而准确地规定这些行为时才是有用的大多数子层是将帧作为单个的实体处理并且只是为了送给物理层而将它串行化在这种意义上过程模型中入帧和出帧的处理是颇为程式化而实际上许多实现却是以比特八位位组或字为基础串行地对帧进行处理的这种处理方法没有反映在过程模型中因为这种处理只会使功能描述复杂化而不会以任何方式改变这些功能模型由设计成能被由许多并发进程执行的算法组成这些算法共同

34、实现规程由于并发活动的需要而引入的定时相关性用以下两种方法解决进程对外部事件假定算法相对于外部事件来说执行得非常快在这个意义上进程决不会延误其工作并且能以及时的方式响应外部事件例如当要接收帧时可以假定在该帧开始到达之前总是调用好了媒体访问规程进程对进程在各个进程之间对于相对执行速度不作假定这意味着必须将两个进程之间的每个交互使用都组织成能准确地工作而不依赖于他们各自的速度但要注意各进程间交互作用的定时常常是部分地间接反映外部事件的定时在此情况下仍可作出适当的定时假定尽管一些实现中的实际并行结构可能会变化但仍试图使模型中的并发性能反映实现和规程任务中固有的并行性在过程模型中的用法关于在该模型中的

35、使用方法需要遵守以下几点为了简化规范已经回避了该语言的某些限制以从上到下的顺序按逻辑分组表示程序的各要素变量过程等从而回避了某些排序限制以改善可读性进程与循环构成了派生并发已被引入以指明自治的并发活动的现场在此处使用时进程只是一个无参数的过程此过程在时间开始时开始执行而不是在启用过程调用时开始执行循环语句表示进程的主体并永远常被重复地执行该语言中缺乏可变的数组界限这一点已通过将帧看作总是具有单个固定长度而事实上从来不规定来对待而予以回避帧的长度取决于它的数据字段所以伪常量的值从长远的观点来看应认为是变化的尽管对任何给定的帧而言其长度是固定的使用可变记录来表示帧按照字段和按照比特是符合的精神而不

36、是符合其字句因为它允许将这种基本表示看作两种不同的数据类型该模型不使用任何显式进程间同步原语而是经过仔细地仿效对共享变量的处理来完成全部进程间的交互作用例如仅由一个进程设置某些变量而由另一个进程以最后结果不依赖于它们的执行速度的方式来检查这些变量尽管这种技术一般不适合于大的并发程序结构但它简化了本模型而且更类似于符合那些最有可能实现技术即微码硬件状态机等的方法过程模型的构成这里所用的过程模型基于五个协同并发进程其中三个实际上是在子层中定义的其余两个进程由子层可以包括子层的客户提供并利用由子层提供的接口操作这五个进程如下该模型的构成如图所示它反映了整个帧的通信是由子层的客户来启动的而碰撞退避的定

37、时和单个比特传送的定时是基于子层和物理层相关比特时间之间的交互作用图描绘了过程模型的静态结构表示了各种进程和过程如何通过相互调用而交互作用的图和图概述了在发送和接收期间该模型的动态行为着重的是必须完成的步骤而不是完成它们的过程结构在这几个图中没有描述共享状态变量的用法而是在下面若干条的注释和文内描述图过程间的关系图控制流程概要图图控制流程子层帧发送模型帧发送包括数据封装和媒体访问管理两方面发送数据封装包括出帧的装配根据子层提供的值及帧检验序列的生成发送媒体访问管理包括载波推迟帧间间距碰撞检测和强制以及碰撞退避和重传发送数据封装帧装配帧的字段被设置为由子层所提供的值该值作为操作自变量见条而为了确

38、保迫使最小帧长所需要的填充和帧检验序列除外帧检验序列被设置为由子层所生成的值帧检验序列的生成在条中所定义的值被生成后插入入帧检验序列字段它跟在由子层所提供的那些字段后面发送媒体访问管理载波推迟即便在什么也不发送的时候子层也要利用注视由所提供的信号的方法来监视物理媒体的通信每当媒体忙时子层借助于延迟它自己未解决的传输以服从正在传送的帧在传送帧中的最后一个比特之后即当从真变为假时子层要继续推迟一个适当的见条在结束时假如有一个帧在等待发送则启动一次传输并与的值无关当发送完成或者假如没有什么要立即发送时子层就恢复其原来对的监视当子层将一个帧提交发送时则尽可能快地启动这次传输但是要遵循上述推迟规则注在媒

39、体上发生碰撞期间载波侦听指示可能短暂地确立失效假如推迟进程只是根据该指示确定间隙时间就可能产生一个短的间隙这将导致后续帧潜在的接收失败为了提高系统的坚实性当在不是时推荐采用在条中规定的下列可选措施一旦完成传输和两者都成为假时就立即起动包间间隙的定时当对接收之后跟着的间隙进行定时时如果在该间隙定时间隔的前期间变为真则复位间隙的定时在该时间间隔的后期间该定时器不应被复位以确保对媒体进行公平的访问初始周期小于该时间间隔的包括零是允许的帧间间隔如条所定义推迟传递帧这一规则确保了时间的最小帧间间隔这给其他子层和物理媒体提供了帧间恢复时间注意是帧间间隔的最小值如果实现上必要发送子层可用一个较大的值但引起它

40、的吞吐量下降这个较大的值由该实现的各参数决定见条碰撞处理一旦子层完成推迟并启动传输但仍可能遭受到媒体争用碰撞仍可能发生直到所有其他站的子层通过推迟而完成获得网络为止碰撞处理的动态特性主要取决于称为时槽的单个参数该单个参数描述了碰撞处理的三个重要方面它是获得媒体时间的上限它是碰撞产生的帧碎片长度的上限它是调度重传的时间单位以时槽为单位为了满足所有三项功能时槽必须大于物理层往返传播时间和媒体访问子层最大强制干扰时间的总和该时槽由实现的各参数决定见条碰撞检测与强制通过监视物理层提供的信号来检测碰撞当在帧传输期间检测到碰撞时该传输并不立即停止而是继续到由规定的附加比特发送完为止从产生时算起该碰撞强制或

41、强制干扰要保证碰撞持续时间长到足以使网络上所有发送站都能检测到碰撞该强制干扰的内容未予规定它可以是便于媒体访问实现的固定或可变的比特模式但是实现中不应有意将它设计成对应于强制干扰之前发送帧部分帧的比特的值碰撞退避与重传当由于碰撞而使传输尝试终止时由发送子层进行重试直到它取得成功或者用到了最大尝试次数并用所有的重传尝试都由于碰撞终止时为止注意在任何一个后续的出帧发送之前发送给定帧的全部尝试都要完成重传调度通过称为截断二进制指数退避的受控随机化过程来确定在强制的碰撞强制干扰结束时子层要延迟一下才进行重传该帧的尝试该延迟是时槽的整倍数在第次重传尝试之前延迟的时槽数要选择为均匀分布随机整数的范围为其中

42、假如所有的尝试都失败了则作为一次差错来报告该事件用来产生整数的算法应该设计成使任何两个站在某一给定时间产生的数值之间相关性减至最小注意上述给定的值定义了一个站在碰撞之后重传尝试中可能呈现的最积极的行为在实现重传调度的过程中站可能引入多余的延迟该延迟将降低站本身的吞吐量但是站的重传调度决不能导致各次重传尝试之间的平均延迟低于上述已定义的规程规定的延迟最小帧长度媒体访问机制要求发送个比特的最小帧长度如果小于则子层必须将以八位位组为单位的附加比特在计算和附加的之前加在数据字段的末尾附加比特数应足够长以保证该帧包括从目的地址字段至帧检验序列字段并包含目的字段和帧检验序列字段在内至少具有个比特数填充的内

43、容未予规定帧接收模型子层帧接收包括数据解封和媒体访问管理两个方面接收数据解封包括地址识别帧检验序列核实以及接收帧的拆卸并将收到的帧的各个字段传递给子层接收媒体访问管理包括识别入帧的碰撞碎片和将帧截断到八位位组边界接收数据解封地址识别子层能识别单地址和组地址单地址子层识别并接收字段含有本站的单地址的任何帧组地址子层识别并接收字段含有广播地址的任何帧子层能够激活由较高层所规定的一定数量的组地址子层识别并接收其目的地址字段包含活动的组地址的任何帧活动的组地址可以被停活帧检验序列的核实的核实本质上与生成相同如果入帧的各个比特字段本身除外生成的值与被接收帧中的值不相同则表示发生了差错并且认为该帧是无效的

44、帧拆卸一旦识别了前导码序列末尾的帧起始定界符子层就接收该帧假如没有差错拆卸该帧并通过操作的输出参数将各个字段传递给子层接收媒体访问管理接收帧子层通过监视提供的信号来识别入帧的边界有可能出现两种长度差错它们表示病帧的数据该帧可能太长或者它的长度可能不是整数个八位位组最大帧长度不需要接收的子层对帧长度有限制但是允许该子层截断大于个八位位组的帧并作为一次与具体实现有关的差错来报告该事件帧中的整数个八位位组由于有效帧格式规定为整数个八位位组因此只有碰撞或差错才会产生长度不是个比特的整倍数的帧不包含整数个八位位组的完整帧即不作为碰撞碎片而拒收的帧见条被截断到最近的八位位组边界如果帧检验序列的核实检测出这

45、种帧中的差错就用状态码来报告碰撞筛除最小有效帧的长度至少应是一个这就决定了包含小于个比特的任何帧被认为是由碰撞形成的碎片由于偶尔的碰撞是媒体访问管理规程的正常部分所以这种碎片的丢弃不作为差错向子层报告前导码的产生在实现中考虑到大多数物理层的部件要在出现有效的输入信号之后几个比特的时间内才能提供有效的输出这样就有必要在数据起动之前要发送前导码以使电路达到其稳态一旦请求发送新帧的第个比特时就首先发送前导码即用来使物理媒体稳定和同步的比特序列随后紧跟帧起始定界符在发送前导码时如果确立碰撞检测信号余下的前导码比特仍应发送完前导码比特模式为这些比特从左到右按顺序发送该比特模式的特性是用曼彻斯特编码时在媒

46、体上出现一个能使比特同步的周期性波形要注意前导码以结束帧起始序列通过载波侦听信号识别媒体上存在的活动这是应该开始帧接收过程的第一个指示一旦收到了紧跟在前导码比特模式后面部分的序列就应开始把后续的比特传送给以便传递给子层总体说明本条提供子层的详细形式规范这是实现该媒体访问方法的系统所使用的类属特性和参数的规范为了推荐该媒体访问机制的实现在条中提供了这些参数集合的值公共常量和类型常量和类型的下述说明由每个子层帧的发送和接收部分使用按照条或比特以比特计见条以比特计比特个八位位组见条以比特计取决于实现见条碰撞处理用的时间单位取决于实现见条以比特计取决于物理媒体比特帧起始定界符与之和考虑帧内容的两种方法

47、媒体访问帧的格式帧前导码和帧起始定界符的格式定义帧首标发送状态变量下面各项是专门针对帧发送的也见条帧之间的最小时间定时第一部分的持续时间在至范围内定时其余部分的持续时间等于减尝试发送的最大次数退避次数的极限以比特计其值取决于媒体和碰撞检测的实现要发送的帧在出帧中现行和最后出比特的位置意味着任何未解决的传输必须等待媒体空闲指示出帧在推迟之中出帧传输尝试的次数指示碰撞已经发生但尚未施加强制干扰信号传输是否成功的运行指示符接收状态变量下面各项是专门针对帧接收的见条接收的帧入帧的现行比特位置指示帧的接收正在进行中超过八位位组边界的多余尾随比特数接收是否成功的运行指示器接收的帧是否有长度差错的指示符层间

48、接口概要条中对子层接口的定义概述如下操作的结果操作的结果发送一个帧接收一个帧条中对物理层接口的定义概述如下指示入比特指示出比特指示传输正在进行中或刚刚完成指示媒体争用发送一个比特接收一个比特等待指示的比特时间数状态变量初始化在开始执行任何进程之前当子层开始操作时必须运行过程初始化初始化就是把某些关键性的共享状态变量置成它们的初始值所有其他的全球变量在每次使用之前都要适当地重新初始化然后初始化等待媒体空闲并启动各种进程的操作在对物理层的接口中见下面开始执行所有的进程初始化帧发送本条中的算法定义了子层帧传输功能实现了提供给子层的帧传输操作嵌套过程见下面的程序主体首先调用内部过程以构成帧然后调用去完

49、成实际的传输返回的指示该次传输尝试的成功或失败构成帧并将比特放入到帧检验序列字段装配帧装配帧至至将一个任意比特的数组附加到上以便把帧填充到它的最小长度将一个任意比特的长度为的数组附加到上尝试发送帧首先服从传送中的任何通信如果产生碰撞传输完全终止在适当的退避时间间隔之后调度重传循环服从正在传递的帧如果有循环每次启动帧传输尝试就调用来通知进程应该开始传输比特了一旦启动帧传输就反复调用以监视媒体的争用情况当检测到碰撞时就适时地修改以确保通过进程来施加适当的强制干扰信号在完成强制干扰信号的传输之后假如决定应该进行另一次尝试便调用调度重传该帧的下一次尝试的工作变量均匀分布的随机整数其范围为随机执行截断的二进制指数退避计算后就等待所选择多个时槽推迟进程异步地运行以便连续计算变量推迟的适当值主循环载波监视出现延迟新传输的开始第一部分帧间间隙超时第二部分帧间间隙超时允许进行新的传输允许等待传输如果有主循环推迟复位和起动它的定时如果从最近启用以来规定的微秒数尚未过去返回值为真否则返回值为假进程异步地运行它依照物理层的操作所决定的速率发