信道共享技术课件

计算机网络概论
轮询


轮询属于集中式控制，主机按顺序逐个询问用 户有无信息发送。如有，被询问用户立即将信 息发给主机，如无，再询问下一站。 轮询分为轮叫轮询和传递轮询两种。
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1
主机 收 发
2
N-1
N
… … 轮叫轮询多点线路
1 2 N-1 N
主机 收 发
… …
传递轮询的工作原理
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纯ALOHA性能分析



吞吐量S：在帧的发送时间T0内成功发送的平均 帧数。0≤ S≤ 1 网络负载G：在帧的发送时间T0内总共发送的平 均帧数。S≤G S=Ge-2G，重传次数NR=e2G-1 G=0.5，S≈0.184。这是S的极大值。G＞0.5时 发生冲突的帧增加，而这又会引起更多重传， 使S下降。
接口
信道总线
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2.1 纯ALOHA



用发送一个帧所需的时间T0而不是比特来表示帧 长度。 一个帧发送成功的条件是该帧与其前后的两个 帧的到达时间间隔均大于T0。 纯ALOHA处理冲突的方法是让各站等待一段随机 的时间，再进行重传。若仍发生冲突，则再等 待一段随机的时间，直到重传成功为止。
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非坚持算法


非坚持算法 ⑴如果信道是空闲的，则可以立即发送。 ⑵如果信道是忙的，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。 非坚持算法采用随机的重发延迟时间可以减少 冲突发生的可能性。其缺点是：即使有几个站 都有数据要发送，但由于大家都在延迟等待过 程中，致使信道仍可能处于空闲状态，使用率 降低。

G=1，S≈0.368，G＞1时，进入不稳定区域 重传次数NR=eG-1
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吞吐量曲线
S
0.4 0.3 0.2 0.1
时隙ALOHA
纯ALOHA
0.5 1.0
1.5
2.0
G
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ALOHA和轮询的比较（1）


站数较少，纯ALOHA时延较小，而站数较多时，轮 询时延较小。而站数适中，二者的时延差不多。 纯ALOHA所受约束较少(除了重发要服从一定的算 法外)，可以在通信量强度较小时获得最小的时延。 轮询系统地每个站的发送时机有严格的限制，因 而当通信量强度增大时各站不会互相干扰，仍像 轻载时那样一个站一个站地发送数据，不会发送 冲突，这样可得到良好的时延特性。
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ALOHA和轮询的比较（2）



轮询帧来回不断地在路线上传递，增加了开销，使 得轮询系统在通信量强度较小时的时延要比 ALOHA系统的大。 当多点接入系统中的站数不断增多时，轮询系统不 会出现不稳定现象，而两种ALOHA系统在吞吐量超 过一定数值时，都有一个不稳定的工作区域。 在采用卫星通信的计算机网络中，由于传播时延太 大，轮询方式不宜采用。这时主要采用ALOHA系统 以及各种派生出来的ALOHA系统。
轮叫轮询和传递轮询的比较


传递轮询的帧时延总是小于同样条件下的轮叫 轮询的时延，如果站间的距离越大，传递轮询 的效果就比轮叫轮询的越好。但当站间距离较 小且通信量较大时，传递轮询带来的好处不明 显。 传递轮询实现起来技术上比较复杂，代价也较 高。
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2 随机接入：ALOHA


随机接入的特点是所有用户可以随机的发送信息。 当多个用户同时在共享的信道上发送信息时，会 发生冲突。 ALOHA系统的一般模型： 站1 站2 站N-1 站N … … …

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信道共享举例
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1 受控接入

在受控接入中用户不能任意接入信道而必须服从一 定的控制。这又分为集中式控制和分散式控制。 分散式控制如令牌环形网。使用一个称为令牌 （Token）的特殊帧，使其沿着环路循环。只有获 得令牌的站点才有权发送数据帧，完成发送后立即 释放令牌供其它站点使用。环路中只有一个令牌， 因此任何时刻至多只有一个站点发送数据，不会产 生冲突。令牌环上各站点均有相同的机会公平地获 取令牌。
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2.2 时隙ALOHA


纯ALOHA简单便宜，适合进行突发性的交互性的 数据通信。但其重传次数NR=e2G-1，即网络负载 增大时，重传次数将按指数规律增长，而且吞 吐量较小。 时隙ALOHA：为提高吞吐量，可以将各站的时间 同步，并划分成一段段等长的时隙T0，不论帧何 时到达，只能在一个时隙开始时发送。
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3.1 CSMA


CSMA的每个站都能在发送数据前监听信道上其他 站是否在发送数据，如在发送，则该站就暂时不 发送，从而减少发送冲突的可能，提高吞吐量。 发送数据前监听信道上其他站在发送数据，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，常用的退避算法有非 坚持、1－坚持、P－坚持三种。
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3 随机接入：CSMA和CSMA/CD


载波监听随机接入CSMA，又称载波侦听多点访 问，和具有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD是从ALOHA演变出的改进协议。 CSMA和CSMA/CD是用争用的方法来决定对信道访 问权的协议，这种争用协议只适用于逻辑上属 于总线拓扑结构的网络。在总线网络中，每个 站点都能独立地决定帧的发送。
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时隙ALOHA性能分析

吞吐量S=G(1-G/N)N-1，当N→∞时，S=Ge-G 时隙ALOHA的最大吞吐量与站数的关系
N 1 1 2 0.5 3 0.44 4 5 10 20 100 ∞ 0.41 0.38 0.37 0 7 7 0.37 0.36 0 8
SMAX
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信道共享技术

概述 受控接入 随机接入ALOHA 随机接入：CSMA和CSMA/CD 信道复用
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信道共享技术概述
信道共享技术又称多点接入技术，指多个计算机用 户共享一个公共信道的问题。 多个用户共享一个C b/s的信道，希望可以做到： （1）只有一个用户接入此信道时，该用户可获得整 个信道的吞吐量C b/s 。 （2）若同时有N个用户接入此信道，每个用户可获 得整个信道的吞吐量C/N b/s 。 （3）控制信道共享的协议简单、可靠。用户之间不 会互相干扰，最好是分布式的协议。