第5章计算机网络3 74页PPT

局域网的特点
特点：地理分布范围较小；误码率低，一般在 10-11-10-8以下；以PC机为主体，数据传输速率高，
一般为0.1-100Mbps。 类别： 普遍应用的局部区域网LAN 采用电路交换技术的局域网，称计算机交换机CBX
（Computer Branch eXchange）或专门小交换 机 PBX（Private Branch eXchange） 新发展的高速局域网HSLN（High Speed Local Network） 常用的拓扑结构：总线型、环型、星型
P0e2G SG2 eG
G=0.5时，S达到最大，为1/2e
分槽ALOHA协议：把使用信道的时间分成离散的时 间槽，槽长为一个帧所需的发送时间，每个站点只能 在时间槽开始时才允许发送，其他过程与纯ALOHA 协议相同。
冲突主要发生在时间槽的起点，一旦发送成功就不 会出现冲突，分槽ALOHA大幅度降低了冲突的可能 性，信道利用率比纯ALOHA提高了约一倍。
集线器的作用类似于一个转发器，接收来自一条线 上的信号并向其他的所有线转发。由于任意一个站点 发出的信号都能被其他所有站点接收，若有两个站点 同时要求传输，冲突就必然发生。所以尽管这种策略 在物理上是一个星形结构，但从逻辑上看与 CSMA/CD总线拓扑的功能是一样的。
10BASE-F:以光纤作为介质的系统的规范。每条传输线 路均使用一条光纤，每条光纤采用曼切斯特编码传输一个 方向上的信号。包含三个标准：
MAC子层功能信道分配
MAC（Media Access Control，介质访问控制）是 一种控制使用通信介质的机制，它是数据链路层协议 的一部分。下图是MAC子层功能结构图。
介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间 如何分配一个单独的广播信道。
1、静态分配：只要一个用户得到了信道就不会和 别的用户冲突。(用户数据流量具有突发性和间歇性)
1、 坚持型CSMA（1-persistent CSMA）
（1）站点有数据发送，先侦听信道； （2）若站点发现信道空闲，则发送； （3）若信道忙，则继续侦听直至发现信道空闲， 然后 完成发送； （4）若产生冲突，等待一个随机时间，然后重新 开始发送过程（回到（1））。
优点：减少了信道空闲时间， 缺点：增加了发生冲突的概率。广播延迟越大， 发生冲突的可能性越大，协议性能越差。
（3）控制字段：与HDLC类似，包含了序列号和 确认号。当要可靠连接时才用到。
LLC与MAC的接口
它们的数据间的关系见下图：
IEEE802.3标准及以太网
IEEE802.3标准是一个介质访问控制协议 以太网：802.3标准的一个具体产品；总线拓扑， CSMA/CD协议。优点传输速率高、网络软件丰富、 安装连接简单、使用维护方便。目前已成为国际流 行的局域网标准之一。 CSMA/CD 802.3网络 802.3的MAC帧 二进制指数后退算法
802.3网络
由IEEE定义的以太网标准有几个不同的变种。差
别表现在：介质；网段的最大长度；网段上的站
点数目；数据速率。
名称
介质
最大区间长度 节点树/段 拓扑结构
接口
优点
10base5
粗缆
500m
100个节点
总线型
AUI
骨干
10base2
细缆
185m
30
总线型
BNC
廉价
10base-T 双绞线
100m
性; 各站可交换有关拥塞信息的机制.
LLC的帧格式
基于HDLC协议，3种LLC协议都使用同样的PDU格式， 包括4个字段，如下图所示：
（1）DSAP字段：目的地址，低位为‘0’时为单 地址；低位为‘1’时为组地址；各位全为‘1’时为 广播地址。
（2）SSAP字段：源地址，命令帧时低位为‘0’ ； 响应帧时低位为‘1’。
站模型：站独立，以恒定速率产生帧，每个站 只有一个程序
单信道假设 冲突假设：两个帧同时传送，就会冲突，所有
站点能检测到，冲突帧需重发 发送时间：连续任意时刻可发送；分槽时间 载波检测：有载波检测；无载波检测
ALOHA协议
纯ALOHA协议：用户有数据要发送时，可以直接发至 信道，若在规定时间内收到应答，表示发送成功，否 则重发。重发策略：发送数据后侦听信道是否产生冲 突，若产生冲突，则等待一段随机的时间重发，直到 发送成功为止，如下图所示。
基本思想：发送方刺激一下接收方，让它输出一 个短帧。从而使接收方附近的站检测到该帧，在 数据帧传输过程中不再发送数据。
RTS(Request To Send)
CTS(Clear To Send)
都包含了要发送的数据帧长度.
C听到了RTS,但听不到CTS,可以发送数据
D没听到RTS,听到了CTS,E听到了RTS和 CTS都不能发数据.
全局同步的时钟用于同步所有的信道.
数据信道中有一个时槽用于报告状态,如两个信道中哪些 时槽是空的.
0号时槽需要特殊的方法标记.
支持的三类通信流量
恒定速率,面向连接通信流量.如未压缩视 频流
可变速率的面向连接的通信流.如文件传 输
数据报流量 如UDP报文
A与B建立信道过程
A将数据接收器调节到B的数据信道上,等待状 态时槽,得到空的控制时槽.
2、动态分配：称为多路访问（Multiple Access） 或多点接入，指多个用户共用一条线路，而信道并 非是在用户通信时固定分配给用户，这样的系统又 称为竞争系统。动态分配方法又可以分为：随机访 问，典型ALOHA协议、CSMA协议 ；受控访问， 典型令牌网竞争系统和集中控制的多点线路轮询
5个关键假设
人们提出了很多的WDMA协议
无线LAN协议
笔记本计算机通过无线电波通信
无线LAN的常见配置，基站通过有线介质连接， 基站和笔记本的传输功率被调节到大约3-4米，
每个蜂窝只有一个信道，带宽11-54Mbps
隐藏站问题
暴露站问题
MACA（Multiple Access with Collision Avoidance）
冲突窗口2t
帧时：传输标准固定帧所需时间
假设无穷多用户按照泊松分布产生新帧N
要求0<N<1
G是单位帧时产生的新帧和重发帧的和，G>=N, 也服
从泊松分布。吞吐量S=GP0, P0是一帧没有遭到冲突
的概率。
GkeG
一个帧时中生成k帧的概率 Pr[k] k!
在冲突窗口内不存在其他流量的概率是
五种多路访问协议性能比较
以上五种多路访问方法的信道利用率和载荷曲 线的比较见下图。
带冲突检测的载波侦听多路访问协议 CSMA/CD
CSMA/CD工作状态包括三个周期：传输周期、竞争周 期和空闲周期
一个站点确定发生冲突所花的时间到底为多少？2 最小帧长
无冲突的协议-基本的位图协议
预留协议，每个站的开销是一位，不可能扩展到包含上 千个站的网络中。
冲突窗口t
载波侦听多路访问协议CSMA
载波侦听（Carrier Sense）：站点在发送帧之前， 首先侦听信道有无载波，若有载波，说明已有用户 在使用信道，则不发送帧以避免冲突。三种方式：
1、坚持型CSMA（1-persistent CSMA） 2、非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA） 3、p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA）
一个站。 自适应树搜或者两者结合起来.将信道分为多个子信道, 动态根据需要分配这些子信道.通常被用于光纤LAN,允许同 一时刻,不同会话使用不同的波长.
全光学LAN 可使用一个无源的星型连接器
信道分配
每个站分配两个信道: 控制信道;数据信道 信道都分成时隙
局域网体系结构
物理层、数据链路层
数据链路层：
介质访问控制子层MAC（Media Access Control）数据的封装与解封，包括组帧、寻 址和错误检测；介质访问管理，包括介质分配 和冲突解决
逻辑链路控制子层LLC（Logical Link Control） 向高层提供一个或多个访问点LSAP，用于同 网络层通信的逻辑接口，主要执行OSI 基本数 据链路协议的大部分功能和网络层的部分功能， 如帧的收发、差错控制、流量控制、帧同步.
冲突仍可能发生,如B和C可能同时给A发送 RTS,冲突会丢失,失败采用二进制指数后 退算法.
MACAW(MACA for Wireless)
是对MACA的改进: 在每个确认帧后面引入ACK帧; 在发送RTS前先用CSMA侦测有无其他站点在向
同一目的站发送RTS; 为单个数据流运行退避算法,而非站点,提高公平
2、非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA）
（1）若站点有数据发送，先侦听信道； （2）若站点发现信道空闲，则发送； （3）若信道忙，等待一个随机时间，然后重新开始发送 过程（回到（1））； （4）若产生冲突，等待一个随机时间，然后重新开始发 送过程（回到（1））。
优点：减少了冲突的概率，信道效率比1-坚持CSMA高 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大。传输 延迟比1-坚持CSMA大。
无冲突的协议-二进制倒计数协议
有限竞争协议
K个站竞争信道的使用权，每个时槽中传送概率是
p.在一给定时间槽，某一个站点成功获得信道的概
率kp(1-p)k-1 当p=1/k时，最佳
Prp[ 1/k]kk1k1
动态分配站点到各时隙的方法
当负载很低时，每个时槽有很多站点竞争 当负载重时，每个时槽只有很少的站，甚至只有
1024
星形
RJ-45
容易维护
10base-F
光缆
2000m
1024
星形
ST1
距离较远