《计算机网络原理及技术(第二版)》第4章：介质访问控制子层
合集下载
计算机网络之介质问控制子层精品文档
11
2019/10/15
兰州交通大学
介质访问控制方法:
带有冲突检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD
令牌总线 token bus
令牌环 token ring
12
2019/10/15
兰州交通大学
5.1.4 IEEE 802参考模型
IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与 OSI参考模型的关系 ：
空闲并同时开始传送，则会同时检测到冲突，两站同 时停止。该方法既节省了时间又节省了频带
CSMA/CD的代价是用于检测冲突所花费的时间。 对于基带总线而言，最坏情况下用于检测一个冲突的 时间等于任意两个站之间传播时延的两倍。从一个站 点开始发送数据到另一个站点开始接收数据，也即载 波信号从一端传播到另一端所需的时间，称为信号传 播时延。
20
2019/10/15
兰州交通大学
Ethernet--以太网
1、以太网技术的产生
Ethernet是Xerox、Digital Equipment和Intel三 家公司开发的局域网组网规范，并于80年代初 首次出版，称为DIX1.0。1982年修改后的版本 为DIX2.0。 这三家公司将此规范提交给IEEE(电 子电气工程师协会)802委员会，经过IEEE成员 的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，并编 号为IEEE802.3。Ethernet和IEEE802.3虽然有很 多规定不同，但术语Ethernet通常认为与802.3 是兼容的。IEEE将802.3标准提交国际标准化组 织(ISO)第一联合技术委员会(JTC1),再次经过修 订变成了国际标准ISO802.3。
结构简单，实现容易； 易于扩展，可靠性较好。
8
2019/10/15
计算机网络 第四章介质访问子层
• 竞争时间片（contention slot）的长度为信道最大传输延迟 （propagation delay）的2倍（即2τ，图中为2Tprop）。表示一个站点发 送数据后，最多需经2τ的时间才能确认是否“抓住”（seized）了电缆。
• 例如，对于1公里长 的同轴电缆，τ约 为5µs，则其竞争时 间片为2τ，即10µs。
设信道容量为C 比特/秒，数据到达率为λ帧/秒，平均每帧长度服 从指数概率密度函数分布1/μ比特/帧，则平均时延为：
1 T = ————
μC - λ
若将单个信道分为N个独立分布的FDM子信道，则平均时延为：
1
N
TFDM = ——————— = ———— = NT
μ(C/N)-(λ/N)
μC – λ
是单个信道时延的N倍。TDM也有类似问题。
• 将争用协议和无冲突协议结合起来，在轻负荷 时使用争用策略，而在重负荷时使用无冲突策 略，即有限争用协议。
对称（symmetric）式争用的分析
• 在对称的争用协议中，每个站点都以相同的概率p竟争使用信道， 假设共有k个站点参与信道竟争，则在一竞争时隙内一个站点获 取信道的成功概率为kp(1-p)k-1，通过对p的微分可得最优值p=1/k， 即 Pr[最优p的成功率]=[(k-1)/k]k-1
二进制倒计数协议的效率及改进
• 对共有N个站点的系统中，地址长度为ceil(log2N)，每 个则站其点协为议获效得率信应道为所d/(需d+的ce额il(外log开2N销))也。就是ceil(log2N) ，
• 将帧的第一个字段改为地址字段，则协议效率可达 100%。
• 显然，各站点具有不同的优先级，地址越高，优先级 也越高。
1-坚持式CSMA
• 例如，对于1公里长 的同轴电缆，τ约 为5µs，则其竞争时 间片为2τ，即10µs。
设信道容量为C 比特/秒，数据到达率为λ帧/秒，平均每帧长度服 从指数概率密度函数分布1/μ比特/帧，则平均时延为：
1 T = ————
μC - λ
若将单个信道分为N个独立分布的FDM子信道，则平均时延为：
1
N
TFDM = ——————— = ———— = NT
μ(C/N)-(λ/N)
μC – λ
是单个信道时延的N倍。TDM也有类似问题。
• 将争用协议和无冲突协议结合起来，在轻负荷 时使用争用策略，而在重负荷时使用无冲突策 略，即有限争用协议。
对称（symmetric）式争用的分析
• 在对称的争用协议中，每个站点都以相同的概率p竟争使用信道， 假设共有k个站点参与信道竟争，则在一竞争时隙内一个站点获 取信道的成功概率为kp(1-p)k-1，通过对p的微分可得最优值p=1/k， 即 Pr[最优p的成功率]=[(k-1)/k]k-1
二进制倒计数协议的效率及改进
• 对共有N个站点的系统中，地址长度为ceil(log2N)，每 个则站其点协为议获效得率信应道为所d/(需d+的ce额il(外log开2N销))也。就是ceil(log2N) ，
• 将帧的第一个字段改为地址字段，则协议效率可达 100%。
• 显然，各站点具有不同的优先级，地址越高，优先级 也越高。
1-坚持式CSMA
计算机网络——介质访问控制子层
弃发送，避免产生垃圾。快速终止损坏的 帧可节省时间和带宽。此协议称为 CSMA/CD，是以太网的基础。
CSMA/CD概念模型
CSMA/CD性能分析
竞争算法 据假。定需两要个多站长同时时间在意t识0时到刻发开生始冲传突送呢数？
两倍完整的电缆传播时间。2τ 冲突检测
模拟信号检测
CSMA/CD性能分析
通信方式 半双工，边发送，边监听。
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
t=0
A 检测到 信道空闲
A
发送数据
A
B 检测到发生碰撞
A
t = 2 A 检测到 发生碰撞
A
STOP A
STOP
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
B
t= B B 检测到信道空闲
MAC 帧
物理层
以太网协议帧格式
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。
<0x600为IEEE802.3,数据字段长度
字节 6
6
2பைடு நூலகம்
目的地址 源地址 类型/长度
IP 数据报 46 ~ 1500
数据
IP 层
4 FCS MAC 层
MAC 帧
物理层
以太网协议帧格式
A 的作用范围
C 的作用范围
A
B
C
D
当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的， 因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。
其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据 这就是暴露站问题(exposed station problem)
CSMA/CD概念模型
CSMA/CD性能分析
竞争算法 据假。定需两要个多站长同时时间在意t识0时到刻发开生始冲传突送呢数？
两倍完整的电缆传播时间。2τ 冲突检测
模拟信号检测
CSMA/CD性能分析
通信方式 半双工，边发送，边监听。
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
t=0
A 检测到 信道空闲
A
发送数据
A
B 检测到发生碰撞
A
t = 2 A 检测到 发生碰撞
A
STOP A
STOP
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
B
t= B B 检测到信道空闲
MAC 帧
物理层
以太网协议帧格式
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。
<0x600为IEEE802.3,数据字段长度
字节 6
6
2பைடு நூலகம்
目的地址 源地址 类型/长度
IP 数据报 46 ~ 1500
数据
IP 层
4 FCS MAC 层
MAC 帧
物理层
以太网协议帧格式
A 的作用范围
C 的作用范围
A
B
C
D
当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的， 因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。
其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据 这就是暴露站问题(exposed station problem)
4-3介质访问控制子层(受控多点接入)
因为全部站点旳旁路继电器都集中在一种地方， 这就处理了一般环形网不便于维护管理旳缺陷。 当然，这么做旳缺陷是会使整个网络旳布线长 度增长。
FDDI网络
光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是以光纤为 传播介质旳局域网原则
FDDI采用双环构造 FDDI采用令牌传递旳访问控制协议 FDDI网络技术规范
需求优先级协议
各工作站有数据要发时，要向集线器发出祈求。每个 祈求都标有优先级别。一般旳数据为低优先级，而对 时间敏感旳多媒体应用旳数据（如话音、活动图像） 则可定为高优先级。集线器使用一种循环仲裁过程来 管理网络旳结点。它对各结点旳祈求连续进行迅速旳 循环扫描，检验来自各结点旳服务祈求。集线器维持 两个指针：高优先级指针和低优先级指针。高优先级 旳祈求可在低优先级祈求之前优先接入网络，因而可 确保对时间敏感旳某些应用提供所需旳实时服务。集 线器接受输入旳数据帧并只将其导向具有匹配目旳地 址旳端口，从而提供了固有旳网络数据安全性。
传递轮询
传递轮询与轮叫轮询旳比较如下：
传递轮询旳帧时延总是不大于一样条件下旳 轮叫轮询旳时延。
站间旳距离越大，传递轮询旳效果就比轮叫 轮询旳越好。
站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带 来旳好处就不太明显。
传递轮询系统虽然具有较轮叫轮询更小旳帧 等待时延，但因为实现起来技术上比较复杂， 代价也较高，所以在目前实用旳轮询系统中， 主要还是使用轮叫轮询。
这种措施是使用两个数据传播方向相反 旳环路。在正常情况下，只有一种方向 旳环路在工作。这个工作旳环路叫做主 环，而另一种不工作旳环路叫做次环。 当环路出现故障时，不论是链路或站点 出故障，FDDI可自动重新配置，同步开 启次环工作，使整个网络不致瘫痪 。
FDDI网络
光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是以光纤为 传播介质旳局域网原则
FDDI采用双环构造 FDDI采用令牌传递旳访问控制协议 FDDI网络技术规范
需求优先级协议
各工作站有数据要发时，要向集线器发出祈求。每个 祈求都标有优先级别。一般旳数据为低优先级，而对 时间敏感旳多媒体应用旳数据（如话音、活动图像） 则可定为高优先级。集线器使用一种循环仲裁过程来 管理网络旳结点。它对各结点旳祈求连续进行迅速旳 循环扫描，检验来自各结点旳服务祈求。集线器维持 两个指针：高优先级指针和低优先级指针。高优先级 旳祈求可在低优先级祈求之前优先接入网络，因而可 确保对时间敏感旳某些应用提供所需旳实时服务。集 线器接受输入旳数据帧并只将其导向具有匹配目旳地 址旳端口，从而提供了固有旳网络数据安全性。
传递轮询
传递轮询与轮叫轮询旳比较如下：
传递轮询旳帧时延总是不大于一样条件下旳 轮叫轮询旳时延。
站间旳距离越大，传递轮询旳效果就比轮叫 轮询旳越好。
站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带 来旳好处就不太明显。
传递轮询系统虽然具有较轮叫轮询更小旳帧 等待时延，但因为实现起来技术上比较复杂， 代价也较高，所以在目前实用旳轮询系统中， 主要还是使用轮叫轮询。
这种措施是使用两个数据传播方向相反 旳环路。在正常情况下，只有一种方向 旳环路在工作。这个工作旳环路叫做主 环，而另一种不工作旳环路叫做次环。 当环路出现故障时，不论是链路或站点 出故障，FDDI可自动重新配置，同步开 启次环工作，使整个网络不致瘫痪 。
4-4介质访问控制子层(数据链路层交换)精品PPT课件
可扩展的（从 10 Mb/s 到 10 Gb/s）。 灵活的（多种传输媒体、全/半双工、共享/
交换）。 易于安装。 稳健性好。
吉比特以太网的配置举例
100 Mb/s 链路 吉比特 交换
1 Gb/s 链路 集线器
中央服务器
百兆比特或吉比特集线器
Back
千兆位以太网连接快速以太网
千兆位以太网连接服务器
千兆位以太网做企业骨干网
10G以太网
网络互联的归纳
物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复 制位信号，无寻址功能；
数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转 发数据帧，用MAC地址寻址；
网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组， 用IP地址寻址；
传输层及应用层：使用网关提供更高层次的互连，用 端口号或其他特定标识寻址。
准）（1980 Ver1；1982 Ver2 ） IEEE 802.3 标准 （1985） IEEE 802.3u Fast Ethernet 标准（1995） IEEE 802.3z Gigabit Ethernet 标准（1998） IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet 标准（1999） 10Gbps Ethernet标准
长度减小到 100 m。 帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的
0.96 s。
三种不同的物理层标准
100BASE-TX
使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。
100BASE-FX
使用 2 对光纤。
100BASE-T4
使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。
Back
吉比特以太网的物理层
1000BASE-X （IEEE 802.3z标准）基于光纤 通道的物理层： 1000BASE-SX SX表示短波长 1000BASE-LX LX表示长波长 1000BASE-CX CX表示铜线
交换）。 易于安装。 稳健性好。
吉比特以太网的配置举例
100 Mb/s 链路 吉比特 交换
1 Gb/s 链路 集线器
中央服务器
百兆比特或吉比特集线器
Back
千兆位以太网连接快速以太网
千兆位以太网连接服务器
千兆位以太网做企业骨干网
10G以太网
网络互联的归纳
物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复 制位信号，无寻址功能；
数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转 发数据帧，用MAC地址寻址；
网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组， 用IP地址寻址；
传输层及应用层：使用网关提供更高层次的互连，用 端口号或其他特定标识寻址。
准）（1980 Ver1；1982 Ver2 ） IEEE 802.3 标准 （1985） IEEE 802.3u Fast Ethernet 标准（1995） IEEE 802.3z Gigabit Ethernet 标准（1998） IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet 标准（1999） 10Gbps Ethernet标准
长度减小到 100 m。 帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的
0.96 s。
三种不同的物理层标准
100BASE-TX
使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。
100BASE-FX
使用 2 对光纤。
100BASE-T4
使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。
Back
吉比特以太网的物理层
1000BASE-X （IEEE 802.3z标准）基于光纤 通道的物理层： 1000BASE-SX SX表示短波长 1000BASE-LX LX表示长波长 1000BASE-CX CX表示铜线
计算机网络之介质问控制子层
载波侦听多路访问协议CSMA 载波监听多路访问CSMA的技术，也称先 听后说LBT(Listen Before Talk)。欲传输 数据的站点首先对媒体上有无载波进行 监听，以确定是否有别的站点在传输数 据。如果媒体空闲，该站点便可传输数 据；否则，该站点将避让一段时间后再 做尝试。这就需要有一种退避算法来决 定避让的时间，
3
2019/11/22
兰州交通大学
5.1 局域网与城域网基本概念
5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素
网络拓扑 传输介质 介质访问控制方法
4
2019/11/22
兰州交通大学
5.1.2 局域网拓扑结构类型与特点
网络拓扑结构： 总线型 环型 星型结构
网络传输介质：
双绞线
同轴电缆
光纤
5
2019/11/22
21
2019/11/22
兰州交通大学
Ethernet--以太网
2、以太网技术的发展 以太网阶段：主要在局域网中应用，距离限制在100米 快速以太网阶段：95年出现后解决了交换问题，速度提 高到100M，开始进入校园网，但ATM仍有优势 千兆以太网阶段：98年出现，迅速将ATM挤出LAN和校 园网，并出现高速路由器 城域网阶段：99年千兆网应用到城域网，向10G发展 目前：全部LAN、90%以上的数据接入网是以太网，城 域网是SDH和以太网双雄并举，发展的目标是端到端的以 太网 万兆以太网阶段：2019年6月发布IEEE802.3ae的10G以 太网
26
2019/11/22
兰州交通大学
常用的退避算法有非坚持、1－坚持、P－坚持三种 （ 1）非坚持算法 • 如果媒体是空闲的，则可以立即发送。 • 如果媒体是忙的，则等待一个由概率分布决定的随 机重发延迟后，再重复前一步骤。
中南大学计算机网络课件 计算机网络(第四章 介质访问子层)
载波侦听多路访问协议
载波侦听协议：网络站点侦听载波是否存在 （即有无传输）并相应动作的协议。 持续和非持续CSMA 有冲突检测的CSMA
持续和非持续CSMA
1-持续CSMA：当一个站点要传送数据时，它首先侦听信 道，看是否有其他站点正在传送。若信道忙，则持续等 待直到信道空闲，便将数据送出。若发生冲突，站点就 等待一个随机长的时间，然后重新开始。 此协议被称作1-持续CSMA。是因为站点一旦发现信道空 闲，其发送数据的概率为1。 传输延时对协议性能的影响：传输延时越长，冲突可能 性越大，系统性能也就越差。 即使传输延时为0，仍然有可能发生冲突。
几乎所有的局域网都以多路复用信道作 为通信的基础。 广域网通常采用点到点连接，卫星网除外。 因此， MAC子层在局域网尤其重要。
信道分配问题
在相互竞争的多个用户之间如何分配一个单 独的广播信道。 解决的方法：静态，动态 具体算法
局域网和城域网中信道的静态分配
传统的分配单个信道的方法：频分多路复用FDM。 应用场合：用户较少且数目固定，每个用户通信量都较大。 不适用场合：用户较多且数目经常变化，通信量具有突发 性特点。 FDM 最基本的缺陷是无通信量时分配给用户的频段被浪费 了，而不能被其它用户所用。 大多数计算机系统的数据流具有突发性，因此，多数信道 在大部分时间内都被闲置了。 采用时分复用TDM会产生同样的问题。
在 ALOHA系统中，各帧长度相同，能使系统取得 最大吞吐率。
A B C D E
在纯ALOHA中,完全任意地发送帧
ALOHA信道的效率？
04-介质访问控制子层
第四章介质访问控制子层本章内容❑概述❑以太网❑透明网桥算法❑VLAN❑生成树算法❑交换机❑令牌环网概述❑多路访问链路采用共享介质连接所有站点。
发送站点通过广播方式发送数据并占用整个共享介质的带宽。
由于每个站点只需要一条线接入网络就可以访问所有站点，这种网络一般安装简单，价格便宜。
局域网(Local Area Network, LAN)都是使用这种链路。
LANA B C❑在多路访问链路中多个站点同时发送数据，则会产生冲突。
这种问题是点到点链路没有的，因此，需要重新考虑数据链路层的功能设计。
❑IEEE 把这种访问共享介质的功能专门划分为数据链路层的一个子层，就是介质访问控制子层(Media Access Control ，MAC)。
其功能就是控制和协调所有站点对共享介质的访问，以避免或减少冲突。
❑MAC 层并不能保证可靠数据传输，所以，在MAC 子层之上再定义了逻辑链路控制子层(Logic Link Control ，LLC)，用来为上层提供的各种服务：(1) LLC1提供无确认无连接服务;(2) LLC2提供有确认面向连接的服务; (3) LLC3：提供有确认无连接的服务。
MAC 子层LLC 子层数据链路层以太网❑1980年，DEC，Intel，Xerox提出了DIXv1 (10Mbps), 1982年，DIXv2。
❑1985年，IEEE提出802.3标准(10Mbps)，这就是以太网协议。
❑1995年发布了100Mbps的快速以太网标准IEEE 802.3u。
❑1998年，发布了1000Mbps的吉比特以太网标准IEEE 802.3ab。
Bob Metcalfe的以太网设计图❑1973年，Xerox公司Palo Alto研究中心(PARC)的Metcalfe成功研制了以太网(2.94Mbps，无源基带)，1975年7月 Metcalfe和Boggs发表了以太网的论文，并申请了专利。
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)为电气和电子工程师协会，念成I triple E (三个E)802.3的MAC 帧格式●前导字符(Preamble)： 同步字符(7B)和起始定界符(Start of Frame Delimiter)(1B)。
《计算机网络技术》复习题及参考答案(2015)
2015级工程硕士《计算机网络技术》复习题及参考答案第 1 章概述(17)1. 有5个路由器要连接起来形成一个点到点子网。
在每—对路由器之间，设计者可能会放上一条高速链路、一条中速链路，或者一条低速链路，甚至没有链路。
如果产生并检查每—个拓扑图需要花掉100ms的计算机时间，那么检查所有的拓扑图需要多长时间?解：将5个路由器分别称为A，B，C，D 和E.，则共有10条可能的线路：AB, AC, AD, AE, BC, BD, BE, CD, CE,和DE。
每条线路有4 种可能性(3种速度或者无链路)，这样，拓扑的总数为410 = 1,048,576。
检查每个拓扑需要100 ms，全部检查总共需要104,857. 6秒，或者稍微超过29个小时。
2．广播式子网的一个缺点是，当多台主机同时企图访问信道的时候会造成信道浪费。
作为一个简单的例子，假设时间被分成了离散的时槽，在每个时槽内．n台主机中每台主机企图使用信道的概率为p1，请问由于碰撞而被浪费的时槽所占的百分比？解：一共有n+2个事件。
其中事件1到n代表主机成功地使用这条信道，没有产生冲突。
这些可能性的事件的概率为p(1－p)n-1。
事件n+1代表信道空闲，其概率为(1- p)n。
事件n+2代表产生冲突。
由于n+2个可能发生的事件的概率等于1。
因此由于碰撞而被浪费的时槽的概率为：。
3．请说出使用分层协议的两个理由。
答：通过协议分层可以把设计问题划分成较小的、易于处理的子问题。
另外分层意味着某一层的协议的改变不会影响高层或低层的协议。
4．无连接通信和面向连接通信的最主要区别是什么？答：主要的区别有两条。
其一：面向连接通信分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。
只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。
接着，当数据传输完毕，必须释放连接。
而无连接通信没有这么多阶段，它直接进行数据传输。
其二：面向连接的通信具有数据的保序性，而无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。
PPT第二版-第四章-计算机网络基础教程(第2版)-吴辰文-清华大学出版社
r 。重传应退后的时间就是倍的争用期。上面的参k 数 按
下面的公式计算： k Min[重传次数，10]
（3）当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据 的站太多，以致连续发生冲突），则丢弃该帧，并向高层 报告。
4.2.2 以太网的性能
这里一个站在发送帧时出现了冲突，经过一个争用期后，可能又出 现了冲突。这样经过若干个争用期后，一个站发送成功了。假定发 送帧的时间为，它等于帧长（bit）除以发送速率（10Mbps）。
B
4.2.1 CSMA/CD协议
截断二进制指数退避算法让发生冲突的站在停止发送数据 后，不是等待信道变为空闲就立即发送数据，而是推迟一 个随机的时间，这样做是为了重传时再发生冲突的概率很 小。具体的退避算法如下： （1）确定基本退避时间，就是它的争用期 2 ，以太网把争
用期定为51.2 μs 。
（2）从离散的整数集合 0,1,,(2k 1)中随机取出一个数，记为
IEEE的注册管理机构RA（Registration Authority）是局域 网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段6个字节中 的前3个字节（即高24位）。
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2 t= 0
A 检测到 信道空闲 A 发送数据
A
B 检测到发生碰撞
A
t = 2 A 检测到 发生碰撞
A
STOP A
STOP
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
B
t=
B
B 检测到信道空闲 发送数据
t=/2 B 发生碰撞
t=
B
B 检测到发生碰撞 停止发送
IEEE 802 参考模型
下面的公式计算： k Min[重传次数，10]
（3）当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据 的站太多，以致连续发生冲突），则丢弃该帧，并向高层 报告。
4.2.2 以太网的性能
这里一个站在发送帧时出现了冲突，经过一个争用期后，可能又出 现了冲突。这样经过若干个争用期后，一个站发送成功了。假定发 送帧的时间为，它等于帧长（bit）除以发送速率（10Mbps）。
B
4.2.1 CSMA/CD协议
截断二进制指数退避算法让发生冲突的站在停止发送数据 后，不是等待信道变为空闲就立即发送数据，而是推迟一 个随机的时间，这样做是为了重传时再发生冲突的概率很 小。具体的退避算法如下： （1）确定基本退避时间，就是它的争用期 2 ，以太网把争
用期定为51.2 μs 。
（2）从离散的整数集合 0,1,,(2k 1)中随机取出一个数，记为
IEEE的注册管理机构RA（Registration Authority）是局域 网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段6个字节中 的前3个字节（即高24位）。
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2 t= 0
A 检测到 信道空闲 A 发送数据
A
B 检测到发生碰撞
A
t = 2 A 检测到 发生碰撞
A
STOP A
STOP
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
B
t=
B
B 检测到信道空闲 发送数据
t=/2 B 发生碰撞
t=
B
B 检测到发生碰撞 停止发送
IEEE 802 参考模型
计算机网络原理(2版)第4章
EIA-232-E的机械特性
EIA-232-E的功能特性
引脚号
25脚
9脚
1
5
2
3
3
2
4
7
5
8
6
6
7
8
1
12
13
14
15
16
17
19
20
4
21
22
9
23
24
助记符
TXD RXD RTS CTS DSR GND CD
TXC
RXC
DTR
RI DRI TXC
信号功能
屏蔽地 发送数据 接收数据 请求发送 清除发送 数据设备就绪 信号地 载波测试 次信道载波检测 次信道清除发送 次信道发送数据 发送定时 次信道接收数据 接收定时 次信道请求发送 数据终端准备好 信号质量检测 振铃指示 信号速率检测 发送定时
信号方向
DTE→DCE DCE→DTE DTE→DCE DCE→DTE DCE→DTE DCE→DTE
DTE→DCE DCE→DTE DTE→DCE DCE→DTE DTE→DCE
类型
数据 数据 控制 控制 控制 公共 控制 控制 控制 数据 计时 数据 计时 控制 控制 控制 控制 控制 计时
简要描述 接至机壳或机架，消除静电干扰；可不接
ISO的OSI七层参考模型
ISO(International Standardization Organization): 国际 标准化组织
OSI(Open System Interconnection): 开放系统互连
OSI参考模型
考虑的问题
（1）开放。开放是指只要遵循按照这个模型制定的标准，两个位于世界上任 何地方的系统就可以互相通信。
4-2介质访问控制子层(以太网)
●802．5--令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的 规约。
●802．6------城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规约。 ●802．7--宽带技术。 ●802．8--光纤技术。 ●802．9——综合话音数据局域网。 ●802．10------可互操作的局域网的安全。 ●802．11—无线局域网。 ● 802．14--电缆电视(Cable-TV)。 ●802.16 ----无线宽带网络.
保护外层
BNC T 型接头
主机箱
RJ-45 插头
双绞线
集线器
转发器
转发器(repeater)将信号放大并整形后再 转发出去。转发器又称为中继器，它工 作在物理层。转发器的作用是消除信号 由于经过一长段电缆而造成的失真和衰 减，使信号的波形和强度达到所要求的 指标。
以太网的最大作用距离
ห้องสมุดไป่ตู้
500 m
以太网的标准
两个标准
DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网 产品（以太网）的规约。
IEEE 的 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3
标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网
在生产网卡时这种6字节（48位）的MAC地址已 被固化在网卡中。一般不能更改。可以用 ipconfig /all查看得到。
网卡的物理地址（MAC地址）
三种帧
单播(unicastt)帧，即收到的帧的MAC地址与本站 的硬件地址相同
广播(broadcast)帧，即发送给所有站点的帧(全1地 址)；
●802．6------城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规约。 ●802．7--宽带技术。 ●802．8--光纤技术。 ●802．9——综合话音数据局域网。 ●802．10------可互操作的局域网的安全。 ●802．11—无线局域网。 ● 802．14--电缆电视(Cable-TV)。 ●802.16 ----无线宽带网络.
保护外层
BNC T 型接头
主机箱
RJ-45 插头
双绞线
集线器
转发器
转发器(repeater)将信号放大并整形后再 转发出去。转发器又称为中继器，它工 作在物理层。转发器的作用是消除信号 由于经过一长段电缆而造成的失真和衰 减，使信号的波形和强度达到所要求的 指标。
以太网的最大作用距离
ห้องสมุดไป่ตู้
500 m
以太网的标准
两个标准
DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网 产品（以太网）的规约。
IEEE 的 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3
标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网
在生产网卡时这种6字节（48位）的MAC地址已 被固化在网卡中。一般不能更改。可以用 ipconfig /all查看得到。
网卡的物理地址（MAC地址）
三种帧
单播(unicastt)帧，即收到的帧的MAC地址与本站 的硬件地址相同
广播(broadcast)帧，即发送给所有站点的帧(全1地 址)；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
a)安 安 安 安 安 4-7 安 安 安 安
b)安 安 安 安 安 安
2. 令牌传递网络
令牌环（802.5） FDDI 令牌总线（802.4）
2.1 令牌环
令牌环由环接口和环接口间的点到点链 路组成，节点通过环接口连到网上。 数据沿着一个固定的方向在环上流动， 每个节点从上游节点接收数据，然后立 即转发到下游节点（边收边发而不是存 储转发）。 目的节点将数据接收下来，同时仍向下 游转发。 数据返回到发送节点时，发送节点将其 从环上取消。
INFO安 安 安 FCS安 安 安 安 FS安 安 安 安
安 4-6 (a)安 安 安 安 安
(b)安 安 安 安 安
2.2 FDDI
FDDI在许多方面类似于802.5，但有以下重要区别：
802.5只有一个环，而FDDI由两个传输方向相反的环组成，正常情 况下只有主环工作，主环出现故障时启动次环。
以上观察表明，该策略仅适用于规模较小和负载较轻的网络。
轮流访问
预约
将时间划分成一系列预约周期和数据传输周期，每个预 约周期包含N个时隙，每个节点对应一个时隙。 想发送数据的节点必须在其预约时隙到来时发一个“1”。 预约周期结束后，所有预约的节点按顺序发送。
令牌传递
一个称为令牌的特殊帧在节点间按固定的次序巡游； 节点收到令牌后，若没有数据发送，就将令牌传给下一 个节点；否则发送一定数量的帧，再把令牌传给下一个 节点。
与纯ALOHA相比，每个帧的易损时间区缩小了，因而冲 突的概率随之减小，系统吞吐量随之提高。 时分ALOHA系统的吞吐量为 S = Ge-G。当G = 1时，S达到 最大值，为0.368。
时隙ALOHA的易损时间区
安安安安 t0
t 安安安安安 t0+t t0+2t
安安安安 t0+3t 安安
802.11 安安安安 安
802.12 100VGAnyLan
安安安
安安安
安安安
安安安 802.7 安 安 安 安 802.8安 安 安 安
安安安
安 4-1 IEEE 802 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安
1. 信道分配策略
信道划分：
频分多路复用：每个节点分配一个频段 时分多路复用：每个节点分配一个时隙
随机访问信道的效率定义为：
当有大量的活动节点、每个节点总有大量的帧要发送时， 长期运行过程中成功传输时间占总时间的份额。 纯ALOHA系统的吞吐量为 S = Ge-2G，其中G为系统负载。当 G = 0.5时，S达到最大值，为0.184。
纯ALOHA的易损时间区
ห้องสมุดไป่ตู้
安安安安安 安安安安
t0 t0+t
令牌环的帧结构
安安安 (a) 1 1 1 SD AC ED 安安安 (b) 1 1 1 2安 6 DA 2安 6 SA ≥ 0 INFO 4 1 1
SD AC FC
FCS ED FS
SD安 安 安 安 安 安 AC安 安 安 安 安 ED安 安 安 安 安 安
FC安 安 安 安 DA安 安 安 安 安 SA安 安 安 安
图4-5 令牌环网
令牌传递
令牌是一个特殊的标记，其中有一个令牌位，该位为“0” 表示是一个空闲令牌，为“1”表示该令牌正在被使用。 只有获得空闲令牌的节点允许发送，发送前将令牌位翻转 为“1”，发完后将这一位置“0”，释放令牌。 协议规定了每个节点获得令牌后可以发送的最大数据量， 以防止一个节点长时间占用信道。 令牌标记中包含优先级比特和预约比特，用于限制当前允 许发送的最低优先级以及确定下一个令牌的优先级。 令牌标记中包含一个监控位，用于检测令牌的丢失。
码分多址：每个节点分配一个编码
随机访问：
每个节点自主决定是否发送，冲突发生后，各个节点 随机等待一段时间后重试。
轮流访问：
各个节点按照某种预定的顺序轮流发送，没有冲突。
随机访问--纯ALOHA
基本思想
节点从网络层接收到一个数据包后，立即封装成帧发送。 如果在预定的时间内没有收到确认，节点立即以概率 p 重发该帧，以概率 1-p 等待一个帧时。 在等待之后，仍以概率 p 重发该帧，以概率 1-p 等待一个 帧时，直至发送成功。
t
安安安安安 安安安安
t0+2t t0+3t
安安安安安
安安
安 4-2 安 ALOHA安 安 安 安 安 安 安 安
随机访问--时分ALOHA
基本思想：
将时间分成一系列离散的时隙，每个时隙用来传输一个帧； 每个节点只能在一个时隙的开始发送（需要一个全局时钟）；
如果在时隙结束前检测到冲突，则节点以概率 p 在后续的每一个 隙重传它的帧，直至传送成功。
计算机网络
第四章 介质访问控制子层
主要内容
信道分配策略 令牌传递网络 以太网 无线局域网 局域网互联 虚拟局域网
IEEE 802标准系列
802.10安 安 安 安 安 802.1安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 802.2安 安 安 安 安 安 802.3 CSMA/C D 802.4 安安安安 安安 802.5 安安安 802.6 安安安 802.9 安安安安 安安安安 安 安安 安安 安
安 4-4 安 安 ALOHA安 安 安 安 安 安 安 安
纯ALOHA和时分ALOHA的性能比较
S
0.368 安 安 ALOHA安 S=Ge-G 安 ALOHA安 S=Ge-2G 0 0.5 1.0 1.5 2.0 G
0.184
安 4-3 ALOHA安 安 安 安 安 安 S安 安 安 G安 安 安
随机访问--CSMA/CD
基本思想：
节点有帧要发送时，先侦听信道； 信道忙则坚持侦听直至信道空闲； 一旦发现信道空闲，立即发送； 传输的过程中检测信道，一旦检测到冲突立即停止发送； 随机等待一段时间后，重新侦听信道。
即使发送前先侦听信道，以下两种情况仍有可能发生冲突：
信号传播延迟不可忽略，相距较远的竞争节点在不知道另一节点正在 发送的情况下发送。 两个节点同时等待另一个节点结束传输，然后同时发送。