计算机网络 第四章介质访问子层.ppt

第四章 介质访问子层
信道分配问题
多路访问协议
IEEE802标准和局域网
局域网互连和网桥
高速局域网
计算机
电缆
两种广播式网络
(a)
(b)
计算机
10Mb/s
4Mb/s
或
16Mb/s
1Mk 帧的概率服从泊松分布（Poisson distributed）：
Gk e-G
Pr [ K ] = —————
K!
纯ALOHA信道的效率
生成 0 帧的概率 = G0e-G/0! = e-G
由于两个帧时内产生的帧数平均为2G，则在易损时间区内只有一个数据帧（无任何其它帧产生）的概率为：P0 = e -2G
代入S = G P0 可得：S = G e -2G
当G = ，可获得最大的吞吐量Smax = 1/2e ≈ %
时隙ALOHA协议
1972年提出了可将纯ALOHA的利用率提高一倍的方法，即时隙ALOHA系统。
将信道时间分为离散的时间片，每个时间片可以用来发送一个帧。一个站点有数据发送时，必须等到下个时间片的开始才能发送。
这种时间的同步是通过设置一个可定时发送时钟信号的特殊站点来实现的。
时隙ALOHA的易损时间区是纯ALOHA的一半（即t，一个帧时），因此可得：S = G e -G
当G = 1时，可获得最大的吞吐量Smax = 1/e ≈ %
争用协议二：CSMA协议
载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access）协议中，各站点不是随意发送数据帧，而是先要监听一下信道，根据信道的状态来调整自己的动作，只有发现信道空闲后才可发送数据。即“讲前先听”
可大大减少冲突，获得远大于1/e的利用率，广泛应用于LAN中。
常见的四种CSMA协议：
1-坚持式CSMA（1-persistent CSMA）
非坚持式CSMA（non-persistent）
p-坚持式CSMA（p-persistent CSMA）
带有冲突检测的CSMA（CSMA with Collision Detection）
1-坚持式CSMA
当一个站点要发送数据时，首先监听信道，若信道忙，就坚持监听，一旦发现信道空闲，就立即发送数据（发送数据的概率为1）。若发生冲突，就等待一随机时间，再重新开始监听信道。
两种发生冲突的可能：
信号传输的延迟造成的冲突。
多个站点在监听到信道空闲时，同时发送。
此协议的性能高于ALOHA协议。
非坚持式CSMA
当一个站点要发送数据时，首先监听信道，若信道忙，就随机等待一段时间后再开始监听信道（非坚持）；一旦发现信道空闲，就立即发送数据。
延迟增大。
p-坚持式CSMA
用于时隙信道。当一个站点要发送数据时，首先监听信道，若信道忙则等到下个时间片再开始监听信道；若信道空闲便以概率p发送数据，而以概率q=1-p推迟到下个时间片再重复上述过程，直到数据被发送。
概率p的目的就是试图降低1-坚持式协议中多个站点同时发送而造成冲突的概率。
采用坚持监听是试图克服非坚持式协议中造成的时间延迟。
p的选择直接关系到协议的性能。
各种随机访问协议的信道利用率与负载的关系图
CSMA/CD
CS协议的“讲前先听”对ALOHA系统进行了有效的改进，但在发送过程中若发生冲突，仍要将剩余的无效数据发送完，既浪费了时间又浪费了带宽。
CD协议的“边讲边听”可对CSMA作进一步改进。发送过程中，仍然监听信道，通过检测回复信号的能量或脉冲宽度并将之与发送的信号作比较，就可判断是否发生冲突。一旦发生冲突，立即取消发送，等待一随机时间后再重新尝试发送。
CSMA/CD有三种状态：竞争、传输和空闲周期。
CSMA/CD协议中的竞争时间片
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。
竞争时间片的理解
竞争时间片也叫冲突检测时间。
使用特殊的编码用于冲突检测。
帧的最小长度？
较大的τ（长的信道）和短帧对冲突检测的影响。
无冲突（collision-free）协议
顾名思义无冲突协议就是不会产生冲突的协议。
两种无冲突协议：
位图（bit-map）协议也叫比特映像协议
二进制倒计数（binary countdown）协议也叫二进制地址相加协议
位图协议
假设有N个站点（编号为0 ~ N