计算机网络第4章 介质访问控制子层与局域网

• P－坚持CSMA
适用：分时间槽的信道
(1) if媒体空闲，then以概率P传输，
以概率(1-P)把此次传输推迟一个时间槽。
(2) if媒体忙，then坚持监听等待一个时间槽，转(1)。
(3) if传输被延迟了一个时间槽，then转(1)。
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入口
P－坚持CSMA流程
发送帧
用户就绪?
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• 纯ALOHA “不按时间片-- 不监听--随机重发”
A
B
C
D
A B C D
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time
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与阴影帧
的头部冲
突
t
与阴影帧 的尾部冲 突
t0
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t0+t
t0+2t
t0+3t
冲突危险区
time 访问方式：“发送—冲突—再发送”
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性能 信道效率：所有发送帧中有多少可避开碰撞而正确到达。 帧时：发送一个标准长度帧所需的时间。
同步（静态分配）
为每个连接分配一个专 用规定的传输容量。
FDM,TDM
异步（动态分配）
动态分配每个连接的 传输量，或多或少地 响应即时需要。
异步TDM
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•访问控制方式
分布方式 由各站共同完成媒体 访Hale Waihona Puke Baidu控制功能，动态 地确定站的发送顺序。
相反
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集中方式
A BCD
指定某个控制器拥有控 制网络访问的权利。
No
No 发送完？
Yes
发送帧
No 碰撞？ Yes
发送成功
发送Jam
延迟随机时间
No Yes
N≥16?
发送失败 碰撞次数N++
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CSMA/CD的流程图 15
竞争周期
t0
t1
Frame
Frame
Frame
Frame
传输周期
传输周期
传输周期 空闲周期 传输周期
CSMA/CD的三种状态：竞争、传输、空闲
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• 分槽ALOHA（时分ALOHA）
各用户节点只能在下一时间片起始时刻开始发送信息。
关键：所有用户必须同步。
时间片长度≥1帧时
A
time
B
C
D
性能
∴S = Ge-G
Smax = 1/e 0.368
2020/5/8 能够期待的信道利用率最多为36%
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分槽ALOHA的Smax是纯ALOHASmax的两倍
假设：1)有无限多个用户按泊松分布产生新帧。 2)每帧时内产生K次传输(包括新帧和重传帧)的概率 也服从泊松分布。
此时，吞吐率S： 单位时间内系统能成功发送的新数据帧的平均值
S = Ge-2G
G：发出总帧数
Smax = 0.5e-2*0.5 = 1/(2e) 0.184
能够期待的信道利用率最多为18%
小序号站点按平均计算要等待N/2+N＝1.5N槽；
大序号站点一般只需等约N/2个位槽；
所有站的平均等待时间 = (1.5N + 0.5N)/2 = N个位槽 ∴效率U＝d/(N+d)
重负载情况下 N位竞争分配给N帧数据，每帧的额外开销仅一位。 ∴效率U ＝d/(d+1)
• 小时间片轮换优先权介质访问控制协议（p.61）－对前法改进
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3. 载波侦听多路访问协议（CSMA）
LAN一个主要特性： 站间传播延迟 < 帧传输时间
A
B
载波侦听协议： 站点监听载波是否存在(即有无传输)并随之采取相 应行动。
协议基本思想：
“讲前先听”
欲传输站点首先听一听媒体上是否有其他站点在传输( 载波监听)； if 媒体忙，then 必须等待；else 传输。
N
Y
信道忙?
(2) Y
等到下一 个时间槽
(1) N
概率P
概率1-P 等待一个时间槽
Y
成功?
N
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等待一段随机时间
信道忙?
Y
(3) N
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浪费容量。一旦有两个帧发生冲突，这两个帧已 2020/5/8 受损，要重发。帧越长，浪费的容量越大。 13
•带冲突检测的（CSMA /CD）
“讲前先听”,“边讲边听”
空闲期：所有站都处于静止时(无帧发送)。 竞争周期：检测到帧冲突的最短时间。
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设A到B的传播时延为τ
t0
A
B
t0+τ–
A
B
t0+2τ–
A
B
等2τ长的时间未听到冲突，才能确信抓住了电缆.
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4. 无冲突的协议
假设：有N个站，每个站有唯一的地址，从0～N－1。
• 基本位图法(basic bit-map method)（比特映像介质访问控制协议）
能提供优先权等其他功能 每个站的逻辑相对简单 避免协调问题
单点故障会影响全网 易形成瓶颈 降低效率 增加传播延迟
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2. ALOHA协议
竞争系统：
多个用户以某 种可能导致冲 突的方式共享 公用信道的系 统。
用户节点通过一个公用频带采用随机方式与中心节点相连； 中心节点则用另一专用频带采用广播方式向用户节点传播信 息；
01 23 4567 01 2345 67
影响协议性能的因素：帧长度和传播延迟
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• 1-坚持CSMA
冲突性大
(1) if媒体空闲，then传输；else转(2)。 (2) if媒体忙，then一直监听直到空闲马上传输。 (3) if发生冲突，then等待一个随机长时间。
• 非坚持CSMA
容量可能被浪费
(1) if媒体空闲，then传输；else转(2)。 (2) if媒体忙，then不再监听信道，等待一个随机时间再 监听。
传输站点按如下规则：监听信道
(1) if媒体空闲，then传输；else (2) (2) if媒体忙，then一直监听直到信道空闲，马上传输； (3) if检测到冲突，then立即停止传输；
等待一个随机时间，转(1)
发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。
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发送帧
Yes 媒体忙？
每个竞争周期恰好由N个时槽构成。
01234567
01234567
01234567
11
1 137 1
1
15
1
2
8 竞争槽
传输帧
8 竞争槽 传输帧
8 竞争槽
time
预约协议：在实际传输前先广播传输需求(先预约，后传 输)。
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假设数据帧由d个时间单位组成。 低负载情况下
轻负载时，大 序号站点优先
第四章 介质访问控制子层(MAC) 与局域网
本章要点
● 信道分配策略 ● IEEE802标准与局域网 ● 局域网互连与网桥
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4.1 信道分配策略（介质访问控制）
1. 概述
介质(媒体)访问 将传输媒体的带宽有效地分配
控制协议：
给网上各站点用户的方法。
• 信道分配策略（访问控制技术）
A BCD