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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

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