【導(dǎo)讀】定量依據(jù)，也能夠驗(yàn)證實(shí)際方案或者比較多個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案。絡(luò)仿真軟件，并對(duì)其主要特性、建模機(jī)制以及仿真步驟進(jìn)行了深入的闡述。OPNET是目前廣泛使用的可用于網(wǎng)絡(luò)仿真及協(xié)議分析的仿真工具軟件。所有的仿真模型都是建立在有限狀態(tài)機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)這些模型取得了仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)。設(shè)計(jì)過(guò)程采用自頂向下逐漸細(xì)分的方法，首。用率參數(shù)，得出了相關(guān)重要的結(jié)果和評(píng)估。同時(shí)說(shuō)明了利用OPNET能夠?qū)Ω倪M(jìn)和提高。協(xié)議的可行性，這也為以后開(kāi)發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了一種思路和方法。

　　

【正文】 義的物理媒體信號(hào)的技術(shù)規(guī)范，與這個(gè)物理媒體接口完全兼容。由于大多站點(diǎn)都設(shè)在離電纜連接處有一段距離的地方，在與電纜靠近的 MAC 中只有少量電路，而大部分硬件和全部的軟件都在站點(diǎn)中， AUI 的存在為 MAC 和站點(diǎn)的配合使用帶來(lái)了極大的靈活性。 MAC 子層和 LLC 子層之間和接口提供每個(gè)操作的狀態(tài)信息，以供高一層差錯(cuò)恢復(fù)規(guī)程所用。MAC 子層和物理層之間的接口，提供包括成幀、載波監(jiān)聽(tīng)、啟動(dòng)傳輸和解決爭(zhēng)用、在兩層間傳送串行比特流的設(shè)施及用于定時(shí)等待等功能。 訪問(wèn)單元 OSI 參考模型 訪問(wèn)單元接口 訪問(wèn)單元 電路 接口 AUI 圖 CSMA/CD 模型圖 CSMA/CD 工作原理 在 CSMA 中，由于信道傳播時(shí)延的存在，即使總線上兩個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)到載波 信號(hào)而發(fā)送幀時(shí)，仍可能會(huì)發(fā)生沖突。由于 CSMA 算法沒(méi)有沖突檢測(cè)功能，即使沖突已發(fā)生，仍然將已破壞的幀發(fā)送完，使數(shù)據(jù)的有效傳輸率降低。 一種 CSMA 的改進(jìn)方案是使發(fā)送站點(diǎn)傳輸過(guò)程中仍繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)媒體，以檢測(cè)是否存在沖突。如果發(fā)生沖突，信道上可以檢測(cè)到超過(guò)發(fā)送站點(diǎn)本身發(fā)送的載波信號(hào)的幅度，由此判斷出沖突的存在。一旦檢測(cè)到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號(hào)，用以通知總線上其他各有關(guān)站點(diǎn)。這樣，通道容量就不致因白白傳送已受損的幀而浪費(fèi)，可以提高總線的利用率。這種方案稱(chēng)為“載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn) /沖突檢測(cè)協(xié)議”（ Carrier 高層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 高層 邏輯鏈路控制 LLC 介質(zhì)訪問(wèn)控制 MAC 介質(zhì)訪問(wèn)控制 MAC PMA MDI 18 Sense Multiple Access with Collision Detection， CSMA/CD），這種協(xié)議已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。 CSMA/CD 要解決的另一主要問(wèn)題是如何檢測(cè)沖突。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于空閑的某一瞬間，有兩個(gè)或兩個(gè)以上工作站要同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，同步發(fā)送的信號(hào)就會(huì)引起沖突。由 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)確定的 CSMA/CD 檢測(cè)沖突的方法如下： 當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)想要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，它檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)查看是否有其他站點(diǎn)正在傳輸，即監(jiān)聽(tīng)信道是否空閑。 如果信道忙，則等待，直到信道空閑；如果信道閑，站點(diǎn) 就傳輸數(shù)據(jù)。 在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，站點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)確信沒(méi)有其他站點(diǎn)在同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。因?yàn)橛锌赡軆蓚€(gè)或多個(gè)站點(diǎn)都同時(shí)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)空閑然后幾乎在同一時(shí)刻開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。如果兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生沖突。 當(dāng)一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)識(shí)別出一個(gè)沖突，它就發(fā)送一個(gè)擁塞信號(hào)，這個(gè)信號(hào)使得沖突的時(shí)間足夠長(zhǎng)，讓其他的節(jié)點(diǎn)都能發(fā)現(xiàn)。 其他節(jié)點(diǎn)收到擁塞信號(hào)后，都停止傳輸，等待一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的時(shí)間間隙（回退時(shí)間， Backoff Time）后重發(fā)。 如圖 所示，現(xiàn)假定 A、 B 兩個(gè)站點(diǎn)位于總線兩端，兩站點(diǎn)之間的最大傳播時(shí)延為 tp。 當(dāng) A 站點(diǎn) 發(fā)送數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)接近于最大傳播時(shí)延 tp 時(shí)， B 站點(diǎn)正好也發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)沖突便發(fā)生。發(fā)生沖突后， B 站點(diǎn)立即可檢測(cè)到該沖突，而 A 站點(diǎn)需再經(jīng)過(guò)一份最大傳播時(shí)延 tp 后，才能檢測(cè)出沖突。也即最壞情況下，對(duì)于基帶 CSMA/CD 來(lái)說(shuō)，檢測(cè)出一個(gè)沖突的時(shí)間等于任意兩個(gè)站之間最大傳播時(shí)延的兩倍（ 2tp）。 19 A 站 B 站 t=Δt t=t0Δt A 開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù) t=t0 A 檢測(cè)到?jīng)_突 t=2t0 A 檢測(cè)到?jīng)_突 tp 為最壞情況下的通道時(shí)延 圖 CSMA/CD 沖突檢測(cè)原理圖 CSMA/CD 算法 CSMA/CD 算法是用于節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的信道爭(zhēng)用機(jī)制。在 協(xié)議中，在 CAP時(shí)段內(nèi)將采用 CSMA/CD 機(jī)制接入信道，在設(shè)備和協(xié)調(diào)器之間傳送數(shù)據(jù)幀或命令幀 (不包含信標(biāo)幀和應(yīng)答幀 )。如果在 PAN 網(wǎng)絡(luò)中使用信標(biāo)，在超幀 CAP 期間傳輸信息時(shí)，MAC 子層采用時(shí)隙 CSMA/CD 算法。相反，如果在 PAN 網(wǎng)絡(luò)中不使用信標(biāo)，或在使用信標(biāo)的 PAN 中不能確定信標(biāo)，則 MAC 子層將采用非時(shí)隙 CSMA/CD 算法。在這 兩種情況下，算法在所謂的退避周期進(jìn)行，一個(gè)退避周期等于 aUnitBackoffPeriond 符號(hào)。CSMA/CD 里面的所有時(shí)間長(zhǎng)度都以多少回退周期來(lái)度量，特別的，在時(shí)隙 CSMA/CD機(jī)制里，回退周期必須與超幀邊界保持對(duì)齊。對(duì)非時(shí)隙的 CSMA/CD 沒(méi)有這個(gè)限制。 設(shè)備對(duì)每個(gè)傳輸應(yīng)維護(hù)三個(gè)變量，它們是： NB， CW， BE。 NB 記錄在當(dāng)前幀傳輸時(shí)已經(jīng)回退的次數(shù)，在每個(gè)新的傳輸開(kāi)始之前，這個(gè)值被初始化為 0，每回退一次加 1。CW 是競(jìng)爭(zhēng)窗口長(zhǎng)度，它定義了在傳輸開(kāi)始之前，清除信道所需的退避周期次數(shù)，在每個(gè)傳輸之前，這個(gè)值被 初始化為 2，且當(dāng)信道忙時(shí)，它的值復(fù)位 2。 CW 這個(gè)變量?jī)H在時(shí)隙 CSMA/CD 中使用，在非時(shí)隙的 CSMA/CD 機(jī)制中檢測(cè)到信道空閑后立即發(fā)送。BE(退避指數(shù) )，它與一個(gè)設(shè)備在想要接入信道之前應(yīng)等待多少退避周期相關(guān)聯(lián)，即需要等待的時(shí)間為 2BE1。對(duì)于非時(shí)隙系統(tǒng)，或 macBattLifeExt 設(shè)置為 FALE 的時(shí)隙系統(tǒng)，BE 應(yīng)被初始化為 macMinBE 的值 。對(duì)于 macBattLifeExt 設(shè)置為 TRUE 的時(shí)隙系統(tǒng)，它的20 值被初始化為比 2 和 macMinBE 小的值。值得注意的是如果 macMinBE 設(shè)置為 0，則在算法的第一 次迭代時(shí)間，沖突避免將失效。 是如果 macMinBE 設(shè)置為。，則在算法的第一次迭代時(shí)間，沖突避免將失效。 盡管在算法的信道評(píng)估這部分時(shí)間，激活了設(shè)備接收機(jī)，但在這期間，設(shè)備應(yīng)丟棄任何接收到的幀。 圖 顯示了 CSMA/CD 算法的步驟。當(dāng)設(shè)備使用 CSMA/CD 算法時(shí)， MAC 子層首先初始化 NB、 CW和 BE，接著定出下一個(gè)退避周期界線 (步驟 (1))。對(duì)非時(shí)隙 CSMA/CD算法， MAC 子層應(yīng)初始化 NB 和 BE，接著直接處理步驟 (2)。在范圍 02BE1 內(nèi)， MAC子層應(yīng)延遲隨機(jī)次數(shù)的完全退避周期 (步驟 (2))，并請(qǐng)求 物理層執(zhí)行空閑信道評(píng)估(CCA)(步驟 (3))。在時(shí)隙 CSMA/CD 系統(tǒng)中， CCA 在退避周期界線處開(kāi)始 。在非時(shí)隙CSMA/CD 系統(tǒng)中， CCA 立即開(kāi)始。在時(shí)隙 CSMA/CD 系統(tǒng)中，電池壽命延長(zhǎng)子域的值為訓(xùn)寸， MAC 子層應(yīng)確保在隨機(jī)退避之后，余下的 CSMA/CD 運(yùn)算能繼續(xù)進(jìn)行，并且整個(gè)事件能在 CAP 時(shí)期結(jié)束之前得到傳輸。如果退避周期數(shù)大于在 CAP 中余下的退避周期數(shù)，則 MAC 子層應(yīng)在 CAP 結(jié)束之前暫停退避倒計(jì)數(shù)，并在下一個(gè)超幀的 CAP 開(kāi)始時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果退避周期數(shù)小于或等于 CAP 中余一下的退避周期數(shù)，則 MAC 子層將應(yīng)用它的退避延遲，并評(píng)估能否繼續(xù)進(jìn)行。如果余下的 CSMA/CD 算法步驟 (也就是兩個(gè) CCA 分析 )、幀的傳輸和任何應(yīng)答能在 CAP 結(jié)束之前完成，則 MAC 子層將繼續(xù)進(jìn)行退避延遲。如果 MAC 子層能繼續(xù)進(jìn)行退避延遲，則它將請(qǐng)求物理層在當(dāng)前的超幀中執(zhí)行 CCA。如果 MAC 子層不能繼續(xù)進(jìn)行退避延遲，則它將等到下一個(gè)超幀的 CAP 開(kāi)始時(shí)繼續(xù)進(jìn)行退避延遲，并評(píng)估能否進(jìn)行。 如果信道忙 (步驟 (4))，則 MAC 子層使 NB 和 BE 都增加 1，但要確保 BE 不大于aMaxBE。在時(shí)隙 CSMA/CD 系統(tǒng)中， MAC 子層應(yīng)使 CW復(fù)位為 2。如果 NB 的 值小于或等于 macMaxCsMABackoffs， .則 CSMA/CD 算法將返回到步驟 (2)。如果 NB 的值大于 macMaxCsMABackoffs，則 CSMA/CD 算法將終止，其狀態(tài)為信道接入失敗。如果信道空閑（步驟 (5)），則在時(shí)隙 CSMA/CD 系統(tǒng)中， MAC 子層應(yīng)確保在開(kāi)始傳輸之前，競(jìng)爭(zhēng)窗口關(guān)閉。為達(dá)到這一點(diǎn)， MAC 子層將首先使 CW減少 1，接著判斷它是否等于 0。如果它不等于 0，則 CSMA/CD 算法將返回到步驟 (3)； 如果它等于 0，則 MAC 子層將在下一個(gè)退避周期的界線處開(kāi)始傳輸幀。 21 圖 CSMA/CD 算法圖 協(xié)議 IEEE 802 方案定義了 ISO 開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（ ISO/OSI）定義的局域網(wǎng)中處理物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的一系列標(biāo)準(zhǔn)。幾個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)（ ， 和 ）和一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)（ ）已經(jīng)被制定了。 IEEE 物理層標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說(shuō)明了 ISO/OSI 物理層22 和 ISO/OSI 數(shù)據(jù)鏈路層的媒體訪問(wèn)控制子層。 數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說(shuō)明了 ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層中邏輯鏈路控制子層。 標(biāo)準(zhǔn)是以第二版以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的 。 以太網(wǎng)物理層和 的物理層在所 有的實(shí)際應(yīng)用上是兼容的，然而，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層和。現(xiàn)存的許多以太網(wǎng)絡(luò)裝置使用在 [7]里描述的以太網(wǎng)兼容標(biāo)準(zhǔn)傳輸 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。 IEEE 物理層兼容連接能夠被增加到這些網(wǎng)絡(luò)，在不違反 標(biāo)準(zhǔn)的情況下使用一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層兼容模式傳輸 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。二選一，使用一個(gè) 。以太網(wǎng)兼容模式 網(wǎng)絡(luò)為了達(dá)到和以太網(wǎng)兼容必須使用 48bit 的物理地址和 10M/s 的帶寬。 在所有 IEEE 802 協(xié)議中， OSI 數(shù)據(jù)鏈路層被劃分為兩個(gè) IEEE 802 子層，即：媒體訪問(wèn)控制（ MAC）子層和 MAC 客戶端子層。 IEEE 物理層對(duì)應(yīng)于 OSI 參考模型的物理層。 協(xié)議的物理層規(guī)范 IEEE 委員會(huì)在定義可選的物理配置方面表現(xiàn)了極大的多樣性和靈活性。為了區(qū)分各種可選用的實(shí)現(xiàn)方案，該委員會(huì)給出了一種簡(jiǎn)明的表示方法，即： 〈數(shù)據(jù)傳輸速率（ Mpbs） 信號(hào)方式 最大段長(zhǎng)度（百米） 如 10BASE 10BASE 10BROAD36 中前面的 10 表示“數(shù)據(jù)傳輸速率”， BASE表示信號(hào)方式 基帶方式，最后面的 36 則分別表示這幾種網(wǎng)絡(luò)的最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為500m、 200m和 。但 10BASET 有些例外，其中的 T 表示雙絞線、光纖傳輸介質(zhì)。 下面具體介紹幾種典型的 10Mbps 以太網(wǎng)主要參數(shù)。 10BASE5 和 10BASE2 兩者使用 50 歐姆同軸電纜和曼切斯特編碼；數(shù)據(jù)速率為 10Mbps。兩者的區(qū)別在于10BASE5 使用粗纜（線徑為 50mm）， 10BASE2 使用細(xì)纜（線徑為 5mm）。由于兩者數(shù)據(jù)傳輸率相同，所以可以使用 10BASE2電纜段和 10BASE5電纜段共存于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中 。 10BASET 10BASET 定義了一個(gè)物理上的星型拓?fù)渚W(wǎng)，其中央節(jié)點(diǎn)是一個(gè)集線器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一對(duì)雙絞線與集線器相連。集線器的作用類(lèi)似于一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，它接收來(lái)自一條線上的信號(hào)，并向其他的所有線轉(zhuǎn)發(fā)。由于任意一個(gè)站點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)都能被其他所有站點(diǎn)接收，若有兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)要求傳輸，沖突就必然發(fā)生。所以，盡管這種策略在物理上是一23 個(gè)星型結(jié)構(gòu)，但從邏輯上看與 CSMA/CD 總線拓?fù)涞墓δ苁且粯拥摹? 10BROAD36 10BROAD36 是 IEEE 中為一針對(duì)寬帶系統(tǒng)的規(guī)范。它采用雙電纜帶寬或中分帶 寬的 75 歐姆 CATV 同軸電纜。從端出發(fā)的段的最大長(zhǎng)度為 1800m。由于是單向傳輸，所以最大的端到端距離為 3600m。 10BASEF 10BASEF 是 IEEE 中關(guān)于以光纖作為媒體的系統(tǒng)的規(guī)范。該規(guī)范中，每條傳輸線路均使用一條光纖，每條光纖采用曼切斯特編碼傳輸一個(gè)方向上的信號(hào)。每一位數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后，轉(zhuǎn)換為一對(duì)光信號(hào)元素（有光表示高、無(wú)光表示低），所以，一個(gè) 10Mbps的數(shù)據(jù)流實(shí)際上需要 20Mbps 的信號(hào)流。 媒體訪問(wèn)控制 （ MAC） 層 MAC 子層有以下幾個(gè)基本職能： 數(shù)據(jù)封裝 發(fā)送和接收數(shù) 據(jù)封裝。包括成幀（幀定界和幀同步）、編址（源地址及目的地址的處理）和差錯(cuò)檢測(cè)等。當(dāng) LLC 子層請(qǐng)求發(fā)送一幀時(shí)， MAC 子層的發(fā)送數(shù)據(jù)封裝部分用LLC 子層所提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組幀，它將一個(gè)前導(dǎo)碼 P 和一個(gè)幀起始定界符 SFD 附加到幀的開(kāi)頭部分，還將 PAD 附加到結(jié)尾部分，以確保傳送幀的長(zhǎng)度滿足最小幀長(zhǎng)的要求，它還要附加目的地址和源地址，長(zhǎng)度計(jì)數(shù)字段和幀校驗(yàn)序列，然后把組成的幀交給 MAC子層的發(fā)送媒體訪問(wèn)管理部分以供發(fā)送。 發(fā)送媒體訪問(wèn)管理 借助于監(jiān)視物理層收發(fā)信號(hào)（ PLS）部分提供的載波監(jiān)聽(tīng)信號(hào)，發(fā)送媒體訪問(wèn)管理設(shè)法避 免發(fā)送信號(hào)與媒體上其他信息發(fā)生沖突。在媒體空閑時(shí)，經(jīng)短暫的幀間延遲（提供給媒體恢復(fù)時(shí)間）之后，就啟動(dòng)幀發(fā)送，然后， MAC 子層將串行位流送給 PLS 接口以供發(fā)送， PLS 完成產(chǎn)生媒體上電信號(hào)的任務(wù)。同時(shí)，監(jiān)視媒體和產(chǎn)生沖突檢測(cè)信號(hào)。在沒(méi)有爭(zhēng)用的情況下，即完成發(fā)送。完成發(fā)送后， MAC 子層通過(guò) LLC 與 MAC 間的接口通知 LLC 子層，等待下一個(gè)發(fā)送請(qǐng)求。假如產(chǎn)生沖突， PLS 接通沖突檢測(cè)信號(hào)，接著發(fā)送媒體訪問(wèn)管理開(kāi)始處理沖突。首先，它發(fā)送一個(gè)稱(chēng)為阻塞（ Jam）的位序列來(lái)強(qiáng)制沖突，這就保證了有足夠的沖突持續(xù)時(shí)間，以使其他與沖 突有關(guān)的發(fā)送站都得到通知，24 在阻塞信號(hào)結(jié)束時(shí)，發(fā)送媒體訪問(wèn)管理就停止發(fā)