【文章內(nèi)容簡介】 ???? ??? ? ? ? ???純 ALOHA 時(shí)隙 ALOHA 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 式中 ， P為站點(diǎn)到主站的來回傳播時(shí)間與處理時(shí)間之和 ， E為重傳次數(shù) ， (1+k)/2為平均重發(fā)一次所產(chǎn)生的時(shí)延 ， k表示每次重傳后退時(shí)間的最大系數(shù) 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 2. CSMA技術(shù) 圖 ， CSMA是ALOHA系統(tǒng)的一種改進(jìn)協(xié)議。采用附加的硬件接口，每個(gè)站點(diǎn)都能在發(fā)送前監(jiān)聽到同一信道其他站點(diǎn)是否在發(fā)送分組。如果監(jiān)聽到有分組在傳輸，這個(gè)站就暫不發(fā)數(shù)據(jù)，從而減少了發(fā)生沖突的可能性，這樣可以提高吞吐量和信道利用率，減少成功發(fā)送分組的時(shí)延。下面先簡單介紹 CSMA的幾種類型及工作原理。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 圖 總線型局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) …第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)在準(zhǔn)備發(fā)送分組及監(jiān)聽信道已被占用時(shí)所采取的策略不同 ， CSMA方式可分為： (1)非持續(xù) (Nonpersistent)CSMA。 非持續(xù) (Nonpersistent)CSMA的工作原理為：如果監(jiān)聽到信道為空閑 ， 便立即發(fā)送分組；如果監(jiān)聽到信道為忙 ， 則啟動(dòng)一隨機(jī)延遲定時(shí)器 ， 等到超時(shí)后再監(jiān)聽信道 。 (2)時(shí)隙非持續(xù) CSMA。 時(shí)隙非持續(xù) CSMA的操作過程與非持續(xù) CSMA基本相同 ， 只是允許在每個(gè)時(shí)隙開始瞬時(shí)才能發(fā)送分組 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) (3)持續(xù) (Persistent)CSMA。 持續(xù) (Persistent)CSMA的操作過程如下：如果監(jiān)聽到信道為空閑 ， 便立即發(fā)送分組；如果監(jiān)聽到信道為忙 ， 則繼續(xù)堅(jiān)持監(jiān)聽信道 ， 直至信道為空閑 。 (4)p持續(xù) CSMA。 p持續(xù) CSMA的操作過程為：如果監(jiān)聽到信道為空閑 ， 則以概率 p的可能立即發(fā)送分組 ， 而以 (1p)概率推遲一定時(shí)間后再發(fā)送；如果遇到信道忙 ， 則繼續(xù)堅(jiān)持監(jiān)聽 ， 直到信道為空閑 ， 再以概率 p來發(fā)送分組 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 同樣 ， 在持續(xù) CSMA中也可有時(shí)隙持續(xù) CSMA方式 。 CSMA在發(fā)送分組之前進(jìn)行載波監(jiān)聽 ， 減少了沖突的可能性 。 但由于傳輸時(shí)延的存在 ， 沖突仍然是難以避免的 。 例如 ， 圖 A和B相距 lkm， 用同軸電纜相連 ， 電磁波在電纜中的傳播速度約為自由空間的 65％ 左右 ， 因此 lkm長度信號的傳播時(shí)間約為 5μs。 當(dāng) A向 B發(fā)出分組 ， B要在 5μs之后方能收到此分組 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 由于載波監(jiān)聽檢測不到 A所發(fā)的分組 ， 因而 B若在 A的分組到達(dá) B之前發(fā)送了自己的分組 ， 則必然會(huì)與 A的分組發(fā)生沖突 ， 致使雙方的分組都受損 。 可見 ， 在最不利的情況下 ， A發(fā)完分組后需經(jīng)過 2倍的傳播時(shí)延 (τ)才能收到 B發(fā)的確認(rèn)信息 。 CSMA算法沒有檢測沖突的功能 ， 即使沖突已發(fā)生 ， 仍然要將已遭破壞的幀發(fā)完 ，這導(dǎo)致總線的利用率降低 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 圖 傳播時(shí)延對載波監(jiān)聽的影響 AY?tj1 k mB2 ?2 ?tjY — 隨 機(jī) 變 量；B 站 發(fā) 現(xiàn) 沖突 時(shí) 刻A 站 發(fā) 現(xiàn) 沖突 時(shí) 刻tj— 強(qiáng) 化 信 號持 續(xù) 時(shí) 間第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法 CSMA/CD介質(zhì)訪問控制 (MAC)協(xié)議 。 CSMA/CD載波監(jiān)聽多路訪問 /沖突檢測基于介質(zhì)共享的機(jī)理 ， 在基帶總線上只能存在一個(gè)單向的信息流 ， 各個(gè)站點(diǎn) (包括工作站 、 服務(wù)器 )均得通過隨機(jī)訪問技術(shù)的爭用方法來獲取通信權(quán)限 。 CSMA/CD屬于廣播式信道 ， 因此具有多目的地址的特點(diǎn) 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) CSMA/CD比 CSMA增加了一個(gè)邊發(fā)送邊監(jiān)聽的功能 。 只要監(jiān)聽到?jīng)_突 ， 沖突雙方就立即停止發(fā)送 。 這樣 ， 信道很快進(jìn)入空閑期 ， 可提高信道利用率 。 這種邊發(fā)送邊監(jiān)聽的功能稱為沖突檢測 (Collision Detection)。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中 ， 往往還采取一種強(qiáng)化沖突的措施 ， 即當(dāng)發(fā)送分組的站點(diǎn)一旦發(fā)現(xiàn)了沖突 ， 除了立即停止發(fā)送外 ， 還要繼續(xù)發(fā)送若干比特的干擾信號 (Jamming Signal)， 以便使所有站點(diǎn)能確知發(fā)生了沖突 (參看圖)。 CSMA/CD的工作原理 (參看圖 )歸納如下： 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 圖 CSMA/CD的工作流程圖 載波監(jiān)聽NYYN分組（幀）到達(dá)？延 遲 到 下一個(gè) 時(shí) 隙 開始發(fā)送沖突？出口停止發(fā)送強(qiáng)化沖突延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) (1)載波監(jiān)聽 。 任一站要發(fā)送信息時(shí) ， 首先要監(jiān)測總線 ， 用來判決介質(zhì)上有否其他站的發(fā)送信號 。 如果介質(zhì)呈忙 ， 則等待一定間隔后重試；如果介質(zhì)為空閑 ， 則可以立即發(fā)送 。 由于通道存在傳播時(shí)延 ， 采用載波監(jiān)聽的方法仍避免不了兩站點(diǎn)在傳播時(shí)延期間發(fā)送的幀會(huì)產(chǎn)生沖突 。 (2)沖突檢測 。 每個(gè)站在發(fā)送幀期間 ， 同時(shí)具有檢測沖突的能力 。 一旦遇到?jīng)_突 ， 就立即停止發(fā)送 ， 并向總線上發(fā)一串阻塞信號 ， 通報(bào)總線上各站沖突已發(fā)生 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) (3)多路訪問 。 檢測到?jīng)_突并在發(fā)完阻塞信號后 ，為了降低再次沖突的概率 ， 需要等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間 (沖突的各站可不相等 )， 然后再用 CSMA算法重新發(fā)送 。為了決定隨機(jī)時(shí)間 ， 可采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法 ， 其過程如下： (1)對每個(gè)幀 ， 當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時(shí) ， 設(shè)置參數(shù)為L＝ 2。 (2)退避間隔隨機(jī)取 1到 L個(gè)時(shí)間間隔中的一個(gè) ， 一個(gè)時(shí)間間隔等于任意兩個(gè)站之間最大傳播時(shí)延的兩倍 ，即 2τ(設(shè)最大傳播時(shí)延為 τ， 適用于基帶總線 )。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) (3)當(dāng)幀重復(fù)發(fā)生一次沖突時(shí) ， 將參數(shù) L加倍 。 (4)設(shè)置一個(gè)最大重傳次數(shù) ， 超過這個(gè)限值 ， 則停止重傳并報(bào)告出錯(cuò) 。 這種算法是按后進(jìn)先出的次序控制的 ， 即未沖突或很少發(fā)生沖突的幀具有優(yōu)先發(fā)送的概率 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 。 其中： (1)前導(dǎo)碼 (7字節(jié) )用于同步 ， 每字節(jié)為 10101010。 (2)SFD(1字節(jié) )是起始定界符 ， 該字節(jié)為 10101011。 (3)DA、 SA(6字節(jié) )分別為 MAC的目的地址 、 源地址 (早期可用 2～ 6字節(jié) )。 (4)長度 (2字節(jié) )在 LLC數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) ， 在以太網(wǎng)的幀格式中表示類型 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) (5)數(shù)據(jù)字段 (46~1500字節(jié) )可變長 ， 不足 46字節(jié)的LLCPDU需加填充字節(jié) 。 (6)FCS(4字節(jié) )為幀校驗(yàn)序列 ， 使用 CRC循環(huán)冗余碼檢測是否有傳輸上的差錯(cuò) 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 圖 7 可變 ( 4 6 1500) 4 字節(jié)前導(dǎo)碼 長度 ( L e n g t h ) 8 0 2 . 3類型 ( T y p e ) 以太網(wǎng)SFD DA SA L L C P D U F C S1 6 6 2第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) MAC服務(wù)規(guī)范有三種原語： (目的地址 ， msdu， 服務(wù)類型 )、 (目的地址 ， 源地址 ， msdu，接收狀態(tài) )和 (重發(fā)狀態(tài) )。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 參數(shù)目的地址 (Destinationaddress)可指定單個(gè)或成組的 MAC實(shí)體地址。服務(wù)類型 (Serviceclass)指明了LLC或更高層請求服務(wù)的質(zhì)量。重發(fā)狀態(tài)(RetransmissionStatus)用于將狀態(tài)信息返回給對等的LLC子層實(shí)體。 msdu是 MAC子層實(shí)體要發(fā)送的 MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元。 以太網(wǎng) (Ether)和 CSMA/CD協(xié)議 ， 并使用帶有二進(jìn)制指數(shù)的退避算法和 1― 堅(jiān)持算法 。 這種算法在低負(fù)載時(shí) ， 若介質(zhì)空閑 ， 則要發(fā)送幀的站點(diǎn)能立即發(fā)送；在重負(fù)載時(shí) ， 系統(tǒng)仍能保證穩(wěn)定 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 以太網(wǎng)使用基帶系統(tǒng)和 Manchester編碼 ， 通過檢測通道上的信號存在與否來實(shí)現(xiàn)載波監(jiān)聽 。 發(fā)送站的收發(fā)器檢測沖突 ， 如果發(fā)生沖突 ， 收發(fā)器電纜上的信號幅度超過收發(fā)器本身所發(fā)的信號幅度 。 由于在介質(zhì)上傳播的信號有衰減 ， 為了正確地檢測出沖突信號 ， 以太網(wǎng)限制粗纜的最大長度為 500m。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 例 6―1 某總線網(wǎng)長度為 400m，信號傳播速度為200m/μs，假如位于總線兩端的站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)發(fā)生了沖突，問： (1)該兩站之間信號的傳播延遲時(shí)間是多少 ？ (2)最多經(jīng)過多長時(shí)間才能檢測到?jīng)_突 ？ 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 解 (1)該兩站之間信號的傳播延遲時(shí)間 τ=t傳播=400m/(200m/μs)=2μs。 (2)最多經(jīng)過 2τ時(shí)間 ， 即 4μs才能檢測到?jīng)_突 。 例 6―2 長度為 1km，傳輸速率為 10Mb/s的，其傳播速度為 200m/μs，數(shù)據(jù)幀長 256位，包括 32位報(bào)頭、校驗(yàn)位和其他開銷在內(nèi)。一個(gè)幀成功發(fā)送以后的時(shí)間單元首先保留給接收方，用來捕獲信道并發(fā)送一個(gè) 32位的確認(rèn)幀。假設(shè)沒有沖突，那么不包括開銷的有效數(shù)據(jù)率是多少？ 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 解 計(jì)算傳播時(shí)間 1000 5200 s????發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間 6256 2 5 .61 0 1 0ts ????傳送 32位確認(rèn)幀的傳輸時(shí)間 632 3 .21 0 1 0Ats ????第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 因此 ,不包括開銷的有效數(shù)據(jù)率C=10 106 =。 若例 6―2 中數(shù)據(jù)幀長改為 2560位，其他條件不變，則介質(zhì)的理想效率 (即利用率 )可算得為 ；如果將傳輸距離減少一半，其他條件不變，可算出理想效率為 。由此可得 CSMA/CD方法的一些重要結(jié)論： 理想效率 2 5 . 6 3 . 2 2 2 . 4 0 . 5 7 73 . 2 2 5 . 6 2 5 3 8 . 8U?? ? ?? ? ?第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) (1)若使用基帶總線， CSMA/CD的沖突檢測時(shí)間等于 LAN上任意兩站點(diǎn)間最大傳播延遲的 2倍；若使用頻帶總線，沖突檢測時(shí)間應(yīng)等于 LAN上任意兩站點(diǎn)間最大傳播延遲的 4倍。 (2)介質(zhì)的最大利用率取決于幀的長度和傳播時(shí)間 。 由于總線型 CSMA/CD算法很簡單 ， 因而得到了廣泛的應(yīng)用 。 但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時(shí) ， 由于沖突增多 ， 導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率急劇下降 ， 使發(fā)送延遲時(shí)間不確定；另一方面 ， 為確保有效檢測出沖突信號而不使成本太高 ， 必須限制網(wǎng)段的最大傳輸距離 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 標(biāo)記環(huán)介質(zhì)訪問控制方法 標(biāo)記傳遞訪問技術(shù)始于 1969年 ， 稱為 Newhall環(huán)路 。如今 ,IBM公司所研究的 IBM Token Ring局域網(wǎng)就采用了這種工作方式 ， 后來成為 。 第 6章 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 圖 T o k e n標(biāo)記線路接收控制發(fā)送接收緩沖區(qū)節(jié)點(diǎn)出 節(jié)點(diǎn)入環(huán)路入環(huán)路出延遲環(huán)路入環(huán)路出節(jié)點(diǎn)出 節(jié)點(diǎn)入環(huán)路入環(huán)路出節(jié)點(diǎn)出 節(jié)點(diǎn)入K K轉(zhuǎn)發(fā)器線路驅(qū)動(dòng)接收發(fā)送緩沖區(qū)連 網(wǎng) 的 計(jì)算 機(jī)( a ) ( b ) ( d )( c )延遲第 6章 局