第九讲 以太网

CSMA的忙等待机制（续）
• P-坚持协议：
1. 若媒体空闲，以概率P传输，以概率(1-P)延迟一个 时间单位（该时间单位通常等于最大的传播延迟的 两倍）。 2. 若媒体忙，继续监听直到信道空闲并重复第1步。 3. 若传输延迟了一个时间单位，则重复第1步。
Байду номын сангаас
• P-坚持要避免的主要问题是在重负荷下的不稳 定
• G＝0.5时，S有最大值为1/2e≈0.18
ALOHA协议的性能（续）
• 考虑用户数固定的网络模型
– N个相同的用户 – 每个用户在一个帧时内成功传输一帧的概率为S/N – 每个时槽一个用户产生的负载（包括新帧和重传帧）为G/N
• 用户在给定时槽内成功发送一帧，相当于用户在冲突危 险区内发送一帧并且其他用户都没有发送帧，因此
CSMA/CD（续）
• CSMA/CD：
1. 若媒体空闲，传输；否则，转第2步。 2. 若媒体忙，一直监听直到信道空闲然后立即传输。 3. 若在传输中监听到冲突，发出一个短小的人为干扰(jamming) 信号（32比特）让所有的站点都知道发生了冲突并停止传输。
– 在局域网中，帧的传播时间常远小于帧的传输时间
– 一个站点发送帧后，别的站点马上就可以监听到
• 载波监听多路访问（CSMA〕也叫做先听先说（LBT）
– 想要传输的站点首先监听媒体上是否有其他站点在传输（载 波监听〕。
• 如果媒体空闲，则可立即传输。 • 如果媒体忙，它必须等待
– 发送站点在发送完后要等待一段时间以等待确认，如果没有 收到确认，发送站点认为发生了冲突，就重发该帧。
• 冲突危险区比ALOHA降低了一半:只有那些都在同一个时 槽开始进行传输的帧才有可能冲突 • 而任一帧时内无其他帧发送的概率为 e G
• S-ALOHA协议中的吞吐率满足 S • G＝1时，S有最大值为1/e≈0.368
GeG
4.4.2 CSMA
• 在ALHOA和分槽ALOHA协议中，每个站点在 发送时不考虑其他站点的情况
《数据通信与计算机网络（第二版）》 电子教案
笫九讲
以太网
本讲内容
第四章 局域网
4.4 CSMA/CD和IEEE 802.3标准
4.4.1 ALOHA 4.4.2 CSMA 4.4.3 CSMA/CD 4.4.4 二进制指数退避算法 4.4.5 以太网帧格式 4.4.6 IEEE 802.3标准
4.4.1 ALOHA
• ALOHA协议用于基于地面的无线广播通信系 统。其基本思想适用于那些站点间无需协调的 多路访问链路中。
– 只要一个站点想要传输信息帧，立即发送信息帧。
• 接收站点通过检查帧检验序列字段来决定帧是否完好无损。 如果是合法帧，站点通过另外一个信道发出一个确认
– 站点在发送帧后监听一段时间，如果在信息来回传 播的最大延迟时间（两倍于相距最远的两个站点之 间传递信息的时间）再加上一小段固定的时间内：
• 吞吐率应该是负载G与传送成功的概率，即S＝ GP0。其中P0是发送的帧不会发生冲突的概率。
ALOHA协议的性能
• 一个帧的冲突危险区为2个帧时：
与阴影帧的 开始碰撞
t
与阴影帧的 开始碰撞 时间
t0
t0+t
冲突危险区
t0+2t
t0+3t
• 两个帧时内产生的帧数平均为2G，在整个冲突 危险区内无任何其他帧产生的概率为 P0 e 2G • 吞吐率S满足：S Ge 2G
– 一旦有两个帧发生冲突，在这两个坏帧传输的这段 时间内，其他站点都不能传输。 – CSMA/CD对于CSMA作了改进，在传输的同时进行 冲突检测，又叫做边说边听（LWT）。
• CSMA/CD可以和一个现实生活中的例子进行 类比：
– 假设很多人在一个大的房间内讨论，任何人都可以 发言：
• 载波监听：如果别人在讲话，则先听别人讲； • 多路访问：我听到的，别人也可以听到； • 冲突检测：自己发言的同时发现另外一个也在讲，则停止 讲话。
CSMA的忙等待机制
• 当媒体忙时，站点有三种坚持策略：
– 非坚持CSMA：
1. 若媒体空闲就传输；否则，转到第2步。 2. 若媒体忙，等待一段随机的重传延迟时间，重复第1步。
– 1-坚持CSMA协议：
1. 若媒体空闲就传输；否则，转到第2步。 2. 若媒体忙则继续监听，直到检测到信道空闲然后立即传输。 3. 如果有冲突，则等待一段随机的时间后重复第1步。
S G G 2 ( N 1) * (1 ) N N N • 化简后满足： S G (1 G ) 2( N 1)
N
• N趋于无穷大时，即无限用户环境下与前面的分析有同 样的结论：
S Ge 2G
S-ALOHA
• S-ALOHA对ALOHA协议作了改进：
– 信道上的时间被分成离散的时间间隔即时槽，其大 小相当于帧的传输时间。 – 每个帧只允许在时槽开始处进行传输
• 如果收到了确认，则传输成功 • 否则，发送站点等待一段随机的时间后重发信息帧。
– 如果重传多次仍得不到确认，放弃传输帧
ALOHA协议的性能
• 性能分析采用如下网络模型
– 无限用户 – 用户产生的新帧服从普阿松分布，平均每帧时产生 S个新帧，显然吞吐率应该满足0<S<1 – 站点发送的帧（包括新帧和重传帧）也服从普阿松 分布，平均每帧时发送G帧
• 以太网采用载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD
– 多路访问即多个站点通过一个共享媒体来发送和接收帧 – 载波监听意味着站点能够监测到链路是忙还是空闲 – 冲突检测是指站点在传输帧的同时监听链路，从而能够监测 到站点所传输的帧与别的站点传输的帧之间发生冲突的情形
CSMA/CD（续）
• CSMA协议中不进行冲突检测
– 总共有N个站点，如果这些站点都有帧要传输，为 了避免冲突，显然应该满足NP<1，即P<1/N – 但是这样的概率P在轻负荷下时会出现大部分信道 时间被浪费掉的情况
4.4.3 CSMA/CD
• 以太网是目前最为广泛使用的局域网技术。
– 1973年Robert Metcalfe在博士论文中描述了其对局域网技术的 研究，毕业之后加入Xerox公司参与以太网的工作 – 1980年，Xerox、Intel、DEC联合开发以太网的基带版本，并 在1985年发布了以太网的增强版本。 – IEEE 802.3委员会以以太网为基础，制定了IEEE 802.3局域网 规范，两个版本的整体技术是一致的。