介質(zhì)訪問控制子層課件

4.2介質(zhì)訪問控制子層1、信道分配問題2、多路訪問協(xié)議CSMA3、以太網(wǎng).4.2介質(zhì)訪問控制子層1、信道分配問題.11、信道分配問題靜態(tài)分配：頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用靜態(tài)分配的問題：延遲時間長和信道利用率低根據(jù)排隊論來分析平均延時時間T結(jié)論：頻段分成N段，平均延時增加N倍頻段分成N段，當(dāng)用戶數(shù)小于N時，不產(chǎn)生爭用，但并非每個被分配的用戶每時每刻都在通信，所以，信道的利用率較低，且不能調(diào)整時分多路復(fù)用與頻分多路復(fù)用相似靜態(tài)分配問題：時延較長和通道利用率低下.1、信道分配問題.2動態(tài)分配討論前假設(shè)：節(jié)點模型假設(shè)：由N個獨立的節(jié)點組成、每個節(jié)點都可產(chǎn)生待發(fā)送的幀、在t時間內(nèi)生成一幀的概率為at、一旦生成一幀，就等待發(fā)送，直到發(fā)送成功單信道假設(shè)：所有通信（包括發(fā)送和接收）都通過單信道進(jìn)行、所有的節(jié)點都在該信道上發(fā)送或接收信息、所有節(jié)點都是平等的、任何時刻只允許一個站點可以發(fā)送，并且任何站點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán).動態(tài)分配.3沖突假設(shè)：如兩幀同時發(fā)送，則發(fā)生沖突、所有站點都能檢測到?jīng)_突、沖突的幀必須重發(fā)，除了沖突引起的差錯外，沒有其他差錯（由于每個節(jié)點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán)，所以沖突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特殊的機制來消除沖突令牌網(wǎng)）時間假設(shè)：時間連續(xù)（幀的發(fā)送可在任意時刻）、時間分時隙（時間被分成時隙，幀在時隙的開始處發(fā)送）偵聽假設(shè)：非載波偵聽（所有節(jié)點在使用信道前，都不檢測當(dāng)前信道是否正被使用，盲目發(fā)送）、載波偵聽（所有節(jié)點在使用信道前，都可檢測到當(dāng)前信道是否正被使用，如信道忙，則等待）.沖突假設(shè)：如兩幀同時發(fā)送，則發(fā)生沖突、所有站點都能檢測到?jīng)_突4多路訪問協(xié)議CSMAALOHA純ALOHA中，站點一旦產(chǎn)生新幀則立即發(fā)送，如果發(fā)送一個幀的時間是t，那么沖突危險區(qū)2t，當(dāng)負(fù)載輕，幾乎無沖突當(dāng)負(fù)載重，沖突頻繁模型分析結(jié)論：吞吐率最大0.184ALOHA：在一個時隙內(nèi)只產(chǎn)生一個新幀，新幀不允許立即發(fā)送，將在下一個時隙的開始處發(fā)送，危險區(qū)比純ALOHA減少一半，吞吐率最大0.368.多路訪問協(xié)議CSMAALOHA.5載波偵聽多路訪問CSMA（CarrierSenseMultipleAccess）1-持續(xù)CSMA非持續(xù)CSMAP-持續(xù)CSMA.載波偵聽多路訪問CSMA（CarrierSenseMul61-持續(xù)CSMA每個節(jié)點在發(fā)送前，先偵聽信道，如信道正忙，則等待并持續(xù)偵聽，一旦信道為空，立即發(fā)送，如沖突，則延時一隨機時隙數(shù)后，重新發(fā)送非持續(xù)CSMA每個節(jié)點在發(fā)送前，先偵聽信道，如果信道正忙，則不再繼續(xù)偵聽，而是延時以隨機時隙數(shù)，再偵聽信道P-持續(xù)用于分時隙信道，先偵聽信道，如信道正忙，則等到下一時隙再偵聽；如信道空閑，則以概率p發(fā)送，以（1-p）把本次發(fā)送延至下一時隙，直至發(fā)送成功.1-持續(xù)CSMA.7傳播時延對載波偵聽的影響（例子）如果兩個或多個準(zhǔn)備發(fā)送的站都檢測到信道空閑而同時發(fā)送將產(chǎn)生沖突，CSMA并不能完全解決沖突問題.傳播時延對載波偵聽的影響（例子）.8CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）CSMA/CD的概念模型：幀傳輸周期競爭周期（競爭時隙，一旦沖突，則放棄并隨機延時，一直競爭到某一節(jié)點抓到信道）什么時候抓住這條線到，意味著其他節(jié)點都知道我發(fā)送消息空閑周期.CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）.9競爭周期到底什么時候我抓到這條信道呢，抓住了這條信道，意味著其他節(jié)點都知道我在傳輸消息，別人不會打斷我，到底經(jīng)多多久我知道自己拿到信道，競爭周期，把時間分成時隙，如果聽了一個時隙后，沒有發(fā)生沖突，意味著抓住了信道，時隙到底是多少？A快到B節(jié)點，B節(jié)點檢測還是空，接近B處造成沖突，最長時間，A到B的來回時間t，時隙就是2t，一旦進(jìn)入競爭周期，分時隙，物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來決定2t時間.競爭周期.10CSMA/CD要點在一幀傳輸完成后的時刻t0，想要發(fā)送的站點都可以嘗試發(fā)送如果兩個或多個站點同時發(fā)送沖突判斷沖突后，立即停止發(fā)送，并延時一個隨機時隙后，通常其中的一個站點將成功發(fā)送隨機延遲重發(fā)的第一步是發(fā)送“沖突加強干擾序列（jammingsequence）信號”。沖突加強干擾序列信號長度規(guī)定為48bit。發(fā)送沖突加強干擾序列信號的目的是：確保有足夠的沖突持續(xù)時間，使網(wǎng)中所有主機都能檢測出沖突存在，并立即丟棄沖突幀，減少由于沖突浪費的時間，提高信道利用率.CSMA/CD要點在一幀傳輸完成后的時刻t0，想要發(fā)送的站點11CSMA/CD形象比喻很多人在一間黑屋子里舉行討論會，參加會議的人只能聽到其他人的聲音。每個人在說話前必須先傾聽，只有等會場安靜下來后，他才能發(fā)言。人們將發(fā)言前要偵聽以確定是否已有人在發(fā)言的動作稱為“載波偵聽”；將在會場安靜的情況下，每人都有平等的機會講話稱為“多路訪問”；如果在同一時刻有兩人或兩人以上同時說話，大家都無法聽清其中任一的發(fā)言，稱為“沖突”，發(fā)言人在發(fā)言過程中要及時發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生沖突，這個動作叫做“沖突檢測”；如果發(fā)言人發(fā)現(xiàn)沖突已經(jīng)發(fā)生，這時他需要停止講話，然后隨機延時，再重復(fù)上述過程，直至講話成功。如果失敗次數(shù)太多，他也許就放棄這次發(fā)言機會.CSMA/CD形象比喻很多人在一間黑屋子里舉行討論會，參加會12沖突檢測方法信號電平法基于基帶傳輸，兩個幀信號疊加后，電壓大一倍過零點檢測法用曼徹斯特編碼時，零點在每個比特的正中央，當(dāng)有干擾時，則可能偏移自收自發(fā)檢測法檢測到?jīng)_突發(fā)送一個加強信號，通知已經(jīng)沖突.沖突檢測方法.13介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD、

TokenBus與TokenRing的比較三種不同的介質(zhì)訪問控制方法對應(yīng)三種不同類型的局域網(wǎng)：采用帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)訪問控制方法的總線形Ethernet，稱為“以太網(wǎng)”。采用令牌控制的令牌總線形（TokenBus）局域網(wǎng)，稱為“TokenBus”或“令牌總線網(wǎng)”。采用令牌控制的令牌環(huán)形（TokenRing）局域網(wǎng)，稱為“TokenRing”或“令牌環(huán)網(wǎng)”。.介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD、

14CSMA/CD總線形局域網(wǎng)特點.CSMA/CD總線形局域網(wǎng)特點.15令牌總線形局域網(wǎng)的特點.令牌總線形局域網(wǎng)的特點.16令牌環(huán)局域網(wǎng)的特點.令牌環(huán)局域網(wǎng)的特點.17不同通信負(fù)荷下實際數(shù)據(jù)傳輸速率的比較.不同通信負(fù)荷下實際數(shù)據(jù)傳輸速率的比較.18以太網(wǎng)早期以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，造價比較高，并且故障率高，1990年，10base-T的推出，使非屏蔽的雙絞線作為傳輸介質(zhì)，組網(wǎng)造價降低，可靠性提高，同年以太網(wǎng)交換機的出現(xiàn)，標(biāo)志著交換式以太網(wǎng)出現(xiàn)，1993年研發(fā)出全雙工以太網(wǎng)，帶寬增加1倍，使得以太網(wǎng)脫穎而出.以太網(wǎng)早期以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，造價比較高，并且故19以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu).以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu).20前導(dǎo)碼：由8B（64bit）1010...1010，實現(xiàn)收發(fā)雙方的幀同步，接收后不需要保留，也不計入幀頭的長度中目的地址和源地址：硬件地址，長度為48bit。類型字段：以太網(wǎng)表示網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議類型數(shù)據(jù)字段：網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送的數(shù)據(jù)部分幀校驗字段:CRC.前導(dǎo)碼：由8B（64bit）1010...1010，實現(xiàn)收發(fā)21問題：為什么以太網(wǎng)最小幀長64字節(jié)，最大幀長1518字節(jié)？.問題：為什么以太網(wǎng)最小幀長64字節(jié)，最大幀長1518字節(jié)？.22以太網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議為了確認(rèn)發(fā)送幀是否正確到達(dá)終點，必須保證可能的沖突信號返回時幀的發(fā)送尚未結(jié)束，如在2t內(nèi)沒有沖突信號返回，則發(fā)送成功，如果發(fā)送端在2t時間內(nèi)發(fā)送幀已經(jīng)結(jié)束，則無法檢測沖突，即最短幀長應(yīng)與2t時間相當(dāng).以太網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議.23在極限條件下，802.3局域網(wǎng)中收發(fā)器間（允許4個中繼器）的最大距離為2500米，往返5000米，同軸電纜的時延特性為5us/km，即如遇沖突，端到端并返回的時延為25us。然而，這是理想的時延，考慮到中繼器的額外時延，最壞情況下估計為45us，再加上強化沖突需要發(fā)送48bit，接收方要接收到48bit才能確認(rèn)沖突，即在曾加4.8us，共49.8us，以太網(wǎng)通常取51.2us為競爭周期時隙長度，即幀的長度至少為64個字節(jié).在極限條件下，802.3局域網(wǎng)中收發(fā)器間（允許4個中繼器）的24二進(jìn)制指數(shù)后退算法發(fā)送方在檢測到?jīng)_突后，雙方都將延時一段時間，所謂一段時間到底是多長？沖突檢測后，時間分成離散的時隙時隙的長度等于信號在介質(zhì)上往返的傳播時間（以太網(wǎng)中51.2us）一般的，經(jīng)過i次沖突后，發(fā)送站點需要等待的時隙數(shù)將是0~2i-1中隨機選擇.二進(jìn)制指數(shù)后退算法發(fā)送方在檢測到?jīng)_突后，雙方都將延時一段時間25改進(jìn)現(xiàn)狀1、提高以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率2、將共享介質(zhì)方式改為交換方式3、將一個大型局域網(wǎng)劃分成由路由器互聯(lián)的小型局域網(wǎng).改進(jìn)現(xiàn)狀.264.2介質(zhì)訪問控制子層1、信道分配問題2、多路訪問協(xié)議CSMA3、以太網(wǎng).4.2介質(zhì)訪問控制子層1、信道分配問題.271、信道分配問題靜態(tài)分配：頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用靜態(tài)分配的問題：延遲時間長和信道利用率低根據(jù)排隊論來分析平均延時時間T結(jié)論：頻段分成N段，平均延時增加N倍頻段分成N段，當(dāng)用戶數(shù)小于N時，不產(chǎn)生爭用，但并非每個被分配的用戶每時每刻都在通信，所以，信道的利用率較低，且不能調(diào)整時分多路復(fù)用與頻分多路復(fù)用相似靜態(tài)分配問題：時延較長和通道利用率低下.1、信道分配問題.28動態(tài)分配討論前假設(shè)：節(jié)點模型假設(shè)：由N個獨立的節(jié)點組成、每個節(jié)點都可產(chǎn)生待發(fā)送的幀、在t時間內(nèi)生成一幀的概率為at、一旦生成一幀，就等待發(fā)送，直到發(fā)送成功單信道假設(shè)：所有通信（包括發(fā)送和接收）都通過單信道進(jìn)行、所有的節(jié)點都在該信道上發(fā)送或接收信息、所有節(jié)點都是平等的、任何時刻只允許一個站點可以發(fā)送，并且任何站點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán).動態(tài)分配.29沖突假設(shè)：如兩幀同時發(fā)送，則發(fā)生沖突、所有站點都能檢測到?jīng)_突、沖突的幀必須重發(fā)，除了沖突引起的差錯外，沒有其他差錯（由于每個節(jié)點都必須通過競爭才能取得發(fā)送權(quán)，所以沖突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特殊的機制來消除沖突令牌網(wǎng)）時間假設(shè)：時間連續(xù)（幀的發(fā)送可在任意時刻）、時間分時隙（時間被分成時隙，幀在時隙的開始處發(fā)送）偵聽假設(shè)：非載波偵聽（所有節(jié)點在使用信道前，都不檢測當(dāng)前信道是否正被使用，盲目發(fā)送）、載波偵聽（所有節(jié)點在使用信道前，都可檢測到當(dāng)前信道是否正被使用，如信道忙，則等待）.沖突假設(shè)：如兩幀同時發(fā)送，則發(fā)生沖突、所有站點都能檢測到?jīng)_突30多路訪問協(xié)議CSMAALOHA純ALOHA中，站點一旦產(chǎn)生新幀則立即發(fā)送，如果發(fā)送一個幀的時間是t，那么沖突危險區(qū)2t，當(dāng)負(fù)載輕，幾乎無沖突當(dāng)負(fù)載重，沖突頻繁模型分析結(jié)論：吞吐率最大0.184ALOHA：在一個時隙內(nèi)只產(chǎn)生一個新幀，新幀不允許立即發(fā)送，將在下一個時隙的開始處發(fā)送，危險區(qū)比純ALOHA減少一半，吞吐率最大0.368.多路訪問協(xié)議CSMAALOHA.31載波偵聽多路訪問CSMA（CarrierSenseMultipleAccess）1-持續(xù)CSMA非持續(xù)CSMAP-持續(xù)CSMA.載波偵聽多路訪問CSMA（CarrierSenseMul321-持續(xù)CSMA每個節(jié)點在發(fā)送前，先偵聽信道，如信道正忙，則等待并持續(xù)偵聽，一旦信道為空，立即發(fā)送，如沖突，則延時一隨機時隙數(shù)后，重新發(fā)送非持續(xù)CSMA每個節(jié)點在發(fā)送前，先偵聽信道，如果信道正忙，則不再繼續(xù)偵聽，而是延時以隨機時隙數(shù)，再偵聽信道P-持續(xù)用于分時隙信道，先偵聽信道，如信道正忙，則等到下一時隙再偵聽；如信道空閑，則以概率p發(fā)送，以（1-p）把本次發(fā)送延至下一時隙，直至發(fā)送成功.1-持續(xù)CSMA.33傳播時延對載波偵聽的影響（例子）如果兩個或多個準(zhǔn)備發(fā)送的站都檢測到信道空閑而同時發(fā)送將產(chǎn)生沖突，CSMA并不能完全解決沖突問題.傳播時延對載波偵聽的影響（例子）.34CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）CSMA/CD的概念模型：幀傳輸周期競爭周期（競爭時隙，一旦沖突，則放棄并隨機延時，一直競爭到某一節(jié)點抓到信道）什么時候抓住這條線到，意味著其他節(jié)點都知道我發(fā)送消息空閑周期.CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）.35競爭周期到底什么時候我抓到這條信道呢，抓住了這條信道，意味著其他節(jié)點都知道我在傳輸消息，別人不會打斷我，到底經(jīng)多多久我知道自己拿到信道，競爭周期，把時間分成時隙，如果聽了一個時隙后，沒有發(fā)生沖突，意味著抓住了信道，時隙到底是多少？A快到B節(jié)點，B節(jié)點檢測還是空，接近B處造成沖突，最長時間，A到B的來回時間t，時隙就是2t，一旦進(jìn)入競爭周期，分時隙，物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來決定2t時間.競爭周期.36CSMA/CD要點在一幀傳輸完成后的時刻t0，想要發(fā)送的站點都可以嘗試發(fā)送如果兩個或多個站點同時發(fā)送沖突判斷沖突后，立即停止發(fā)送，并延時一個隨機時隙后，通常其中的一個站點將成功發(fā)送隨機延遲重發(fā)的第一步是發(fā)送“沖突加強干擾序列（jammingsequence）信號”。沖突加強干擾序列信號長度規(guī)定為48bit。發(fā)送沖突加強干擾序列信號的目的是：確保有足夠的沖突持續(xù)時間，使網(wǎng)中所有主機都能檢測出沖突存在，并立即丟棄沖突幀，減少由于沖突浪費的時間，提高信道利用率.CSMA/CD要點在一幀傳輸完成后的時刻t0，想要發(fā)送的站點37CSMA/CD形象比喻很多人在一間黑屋子里舉行討論會，參加會議的人只能聽到其他人的聲音。每個人在說話前必須先傾聽，只有等會場安靜下來后，他才能發(fā)言。人們將發(fā)言前要偵聽以確定是否已有人在發(fā)言的動作稱為“載波偵聽”；將在會場安靜的情況下，每人都有平等的機會講話稱為“多路訪問”；如果在同一時刻有兩人或兩人以上同時說話，大家都無法聽清其中任一的發(fā)言，稱為“沖突”，發(fā)言人在發(fā)言過程中要及時發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生沖突，這個動作叫做“沖突檢測”；如果發(fā)言人發(fā)現(xiàn)沖突已經(jīng)發(fā)生，這時他需要停止講話，然后隨機延時，再重復(fù)上述過程，直至講話成功。如果失敗次數(shù)太多，他也許就放棄這次發(fā)言機會.CSMA/CD形象比喻很多人在一間黑屋子里舉行討論會，參加會38沖突檢測方法信號電平法基于基帶傳輸，兩個幀信號疊加后，電壓大一倍過零點檢測法用曼徹斯特編碼時，零點在每個比特的正中央，當(dāng)有干擾時，則可能偏移自收自發(fā)檢測法檢測到?jīng)_突發(fā)送一個加強信號，通知已經(jīng)沖突.沖突檢測方法.39介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD、

TokenBus與TokenRing的比較三種不同的介質(zhì)訪問控制方法對應(yīng)三種不同類型的局域網(wǎng)：采用帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)訪問控制方法的總線形Ethernet，稱為“以太網(wǎng)”。采用令牌控制的令牌總線形（TokenBus）局域網(wǎng)，稱為“TokenBus”或“令牌總線網(wǎng)”。采用令牌控制的令牌環(huán)形（TokenRing）局域網(wǎng)，稱為“TokenRing”或“令牌環(huán)網(wǎng)”。.介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD、

40CSMA/CD總線形局域網(wǎng)特點.CSMA/CD總線形局域網(wǎng)特點.41令牌總線形局域網(wǎng)的特點.令牌總線形局域網(wǎng)的特點.42令牌環(huán)局域網(wǎng)的特點.令牌環(huán)局域網(wǎng)的特點.43不同通信負(fù)荷下實際數(shù)據(jù)傳輸速率的比較.不同通信負(fù)荷下實際數(shù)據(jù)傳輸速率的比較.44以太網(wǎng)早期以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，造價比較高，并且故障率高，1990年，10base-T的推出，使非屏蔽的雙絞線作為傳輸介質(zhì)，組網(wǎng)造價降低，可靠性提高，同年以太網(wǎng)交換機的出現(xiàn)，標(biāo)志著交換式以太網(wǎng)出現(xiàn)，1993年研發(fā)出全雙工以太網(wǎng)，帶寬增加1倍，使得以太網(wǎng)脫穎而出.以太網(wǎng)早期以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，造價比較高，并且故45以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu).以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu).46前導(dǎo)碼：由8B（64bit）1010...1010，實現(xiàn)收發(fā)雙方的幀同步，接收后不需要保留，也不計入幀頭的長度中目的地址和源地址：硬件地址，長度為48bit。類