计算机网络访问控制
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第4章 网络访问控制 技术
4.1ALOHA访问控制方式
最初的一种分组通信方式的实验由美国夏威夷大学在地 面网络进行，叫做ALOHA网络。1973年首次把这项 技术用于卫星系统。ALOHA(阿洛哈)网成为通过卫星 进行数据传输与分组交换的系统之一。
ALOHA方式的主要特点是，一定数量的终端站共用一 个信道，各站随机地发送各自的数据分组，发送数据 如果发生碰撞，则该数据需重新发送。模型如下：
传输速率＝10Mb/s时，一个时间槽内可发送412bits，即64字节 （所以也称一个时间槽长度为64字节） 。
由此可知：
1. 冲突只可能在一帧的前64字节内发生；
2. 帧长度小于64字节时，将无法检测出冲突；
▪ ∴以太网规定，最小帧长度为64字节
3. 长度小于64字节的帧（碎片帧）都是无效帧。
T C Data
令牌环网的实际结构——星型环路
A
B
C
集线器
D
E
CSMA/CD的优缺点
控制简单，易于实现； 网络负载轻时，有较好的性能：
30％－40％以内 延迟时间短、速度快
网络负载重时，性能急遽下降：
70％－80％以上 冲突数量的增长使网络速度大幅度下降
4.3环网访问控制方式
4.3.1令牌环（token ring）访问控制方式
拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环
点到点链路
D
干线耦合器
站点 A
单向环 C
B
Token Ring/802.4的操作
哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令 牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的 站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；
拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己 的数据进行发送；
目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环； 数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，
止发送数据，然后发送一串干扰信号（Jam）；
发送Jam信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检测 到发生了冲突。
等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。
归结为四句话：
发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。
CSMA/CD协议的时间槽
时间槽——能够检测到冲突的时间区间（也称为争用时隙或碰撞窗口） 若两站点之间传播时延为a，则时间槽＝2a。如下图所示：
纯ALOHA系统的工作原理
时隙ALOHA的工作原理
预约ALOHA
4.2 总线形局域网访问控制方式
4.2.1CSMA方式
1. 非坚持CSMA
2. 坚持CSMA
4.2.2 CSMA/CD方式
工作原理：
发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送； 如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送； 在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则立即停
使其余的站点能获得帧的发送权。
Token Ring/802.4的操作举例
（a）
T
A
Data
A有数据要发 送, 它抓住空 令牌
T=0
帧循环一圈后, A将数据帧回收 并放出空令牌
A
（c）
T=0
T
Hale Waihona Puke Baidu
T C Data
T C Data
A将令牌修改为 数据帧头, 并加 挂数据发送
A
T=1
T C Data
（b）
Data 目的站点从环 上拷贝数据
站点1 t 0
t
t 2a
距离L
碰撞
t
a
2
当δ→0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽→2a。
站点2
站点2
传
发送帧
播
t a
时 延
ta
站点2 停止发送
时间槽的意义：
一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突，则本次发 送不会再发生冲突；
时间槽与网络跨距、传输速率、最小帧长有密切的关系！
以太网中，时间槽＝41.2µs
4.1ALOHA访问控制方式
最初的一种分组通信方式的实验由美国夏威夷大学在地 面网络进行，叫做ALOHA网络。1973年首次把这项 技术用于卫星系统。ALOHA(阿洛哈)网成为通过卫星 进行数据传输与分组交换的系统之一。
ALOHA方式的主要特点是，一定数量的终端站共用一 个信道，各站随机地发送各自的数据分组，发送数据 如果发生碰撞，则该数据需重新发送。模型如下：
传输速率＝10Mb/s时，一个时间槽内可发送412bits，即64字节 （所以也称一个时间槽长度为64字节） 。
由此可知：
1. 冲突只可能在一帧的前64字节内发生；
2. 帧长度小于64字节时，将无法检测出冲突；
▪ ∴以太网规定，最小帧长度为64字节
3. 长度小于64字节的帧（碎片帧）都是无效帧。
T C Data
令牌环网的实际结构——星型环路
A
B
C
集线器
D
E
CSMA/CD的优缺点
控制简单，易于实现； 网络负载轻时，有较好的性能：
30％－40％以内 延迟时间短、速度快
网络负载重时，性能急遽下降：
70％－80％以上 冲突数量的增长使网络速度大幅度下降
4.3环网访问控制方式
4.3.1令牌环（token ring）访问控制方式
拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环
点到点链路
D
干线耦合器
站点 A
单向环 C
B
Token Ring/802.4的操作
哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令 牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的 站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；
拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己 的数据进行发送；
目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环； 数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，
止发送数据，然后发送一串干扰信号（Jam）；
发送Jam信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检测 到发生了冲突。
等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。
归结为四句话：
发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。
CSMA/CD协议的时间槽
时间槽——能够检测到冲突的时间区间（也称为争用时隙或碰撞窗口） 若两站点之间传播时延为a，则时间槽＝2a。如下图所示：
纯ALOHA系统的工作原理
时隙ALOHA的工作原理
预约ALOHA
4.2 总线形局域网访问控制方式
4.2.1CSMA方式
1. 非坚持CSMA
2. 坚持CSMA
4.2.2 CSMA/CD方式
工作原理：
发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送； 如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送； 在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则立即停
使其余的站点能获得帧的发送权。
Token Ring/802.4的操作举例
（a）
T
A
Data
A有数据要发 送, 它抓住空 令牌
T=0
帧循环一圈后, A将数据帧回收 并放出空令牌
A
（c）
T=0
T
Hale Waihona Puke Baidu
T C Data
T C Data
A将令牌修改为 数据帧头, 并加 挂数据发送
A
T=1
T C Data
（b）
Data 目的站点从环 上拷贝数据
站点1 t 0
t
t 2a
距离L
碰撞
t
a
2
当δ→0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽→2a。
站点2
站点2
传
发送帧
播
t a
时 延
ta
站点2 停止发送
时间槽的意义：
一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突，则本次发 送不会再发生冲突；
时间槽与网络跨距、传输速率、最小帧长有密切的关系！
以太网中，时间槽＝41.2µs