数据通信与计算机网络课件数据通信与计算机网 络第 八章.ppt
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数据通信与计算机网络,电信学院信通系 洪伟,第 4 章 局域网,时隙ALOHA 工作原理：将时间划分为一段段等长的时隙，规定帧不论何时产生， 只能在每个时隙开始时发送到信道上 重发策略：同纯ALOHA 性能：网络负载 1 吞吐量 0. 37,,,,A1,,帧产生,B3,A2,A2,B1,冲突,,t1,,t2,,,B2,,,B2,B3,A3,,,站A,站B,信道上的总效应,A1,B1,A2,B2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A3,第 4 章 局域网,载波监听多路访问协议CSMA 载波监听（Carrier Sense） 是ALOHA的改进站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突 多路访问（Multiple Access） 多个用户共用一条线路 1-坚持型CSMA（1-persistent CSMA） 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程第 4 章 局域网,优点：减少了信道空闲时间； 缺点：增加了发生冲突的概率； 广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差；,第 4 章 局域网,（1）1-持续式CSMA （2）非持续式CSMA （3）P-持续式CSMA,信道空闲发送概率为1 信道忙坚持等待,信道空闲发送概率为P(0P1),QP,N,Y,第 4 章 局域网,非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA） 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。
优点：减少了冲突的概率； 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； 信道效率比 1-坚持CSMA高，传输延迟比 1-坚持CSMA大第 4 章 局域网,p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA） 适用于分槽信道 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率q =1- p 延迟至下一个时槽发送若下一个时槽仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时槽被其他站点所占用； 若信道忙，则等待下一个时槽，重新开始发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送第 4 章 局域网,五种多路访问协议性能比较,第 4 章 局域网, 性能：轻载时，1坚持CSMA吞吐量最大； 重载时，非坚持CSMA吞吐量最大 缺点：由于传播时延的存在，冲突不可避免 ;同时监听,站B,,,,,,,,,B监听到信道空闲，发送,,,,,,,A监听到信道空闲 发送,,为A、B之间的传播时延,第 4 章 局域网,带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD(Collision Detection) 引入原因 当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。
如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD 原理 站点使用CSMA协议进行数据发送； 在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突； 在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程第 4 章 局域网,1-持续式CSMA/CD,第 4 章 局域网,CSMA/CD,,站A,站B,t,,,,,,,,,无CD,有CD,,,发现冲突，立即 结束发送,第 4 章 局域网,冲突检测 (CD) 原因：有两个以上站点同时发送帧 站点在发送帧的同时，检测信道是否冲突 检测方法： 1. 比较接收到的信号电压的大小 2. 检测曼彻斯特编码的过零点 3. 比较接收到的信号与刚发出的信号,第 4 章 局域网,冲突检测 (CD) 原因：有两个以上站点同时发送帧 站点在发送帧的同时，检测信道是否冲突 检测方法： 1. 比较接收到的信号电压的大小 2. 检测曼彻斯特编码的过零点 3. 比较接收到的信号与刚发出的信号,第 4 章 局域网,CSMA/CD 信道状态,,,,,,,,传送 竞争 传送 空闲 传送,,,,,,,争用期,,,站A,站B,,,,,,,B发现冲突,,,,A发现冲突,干扰信号,,,,,B监听到信道空闲,,,,,,,,TJ,,TB,设站B在站A发送之后TB 时刻开始 发送，单程传播时延为 ，干扰信号 的发送时延为TJ ，则 争用期 = 争用期 ,,TB + 2 + TJ,TJ + 2 ,TJ + 3,,,2,第 4 章 局域网,A=Np(1-p)N-1 p:时槽内发送的概率，A:发送成功的概率 p=1/N, N无穷大 A=1/e(极限值） 竞争时槽为J的概率 A(1-A)j 平均竞争时槽个数 ： jA(1-A)j =(1-A)/A=1/A-1=e-1 信道利用率： U=T/(T+2 (1-A)/A+)=1/(1+4.44a) a= /T,第 4 章 局域网,无冲突协议 (Collision-Free Protocols) 基本位图协议 (A Bit-Map Protocol) 工作原理 共享信道上有N个站，竞争周期分为N个时槽，如果一个站有帧发送，则在对应的时槽内发送比特1； N个时槽之后，每个站都知道哪个站要发送帧，这时按站序号发送。
第 4 章 局域网,象这样在实际发送信息前先广播发送请求的协议称为预留协议(reservation protocol) 效率 轻负载下，效率为 d / (N + d)，数据帧由d个时间单位组成； 重负载下，效率为 d / (d + 1) 缺点 与站序号有关的不平等性，序号大的站得到的服务好； 每个站都有 1 比特的开销第 4 章 局域网,二进制下数法（Binary Countdown） 工作原理 所有站的地址用等长二进制位串表示，若要占用信道，则广播该位串； 不同站发的地址中的位做“或”操作，一旦某站了解到比本站地址高位更高的位置被置为“1”，便放弃发送请求 效率 d / (d + log2N),第 4 章 局域网,第 4 章 局域网,有限竞争协议(Limited-Contention Protocols) 占用信道的策略 竞争方法 例，CSMA； 轻负载下，发送延迟小；重负载下，信道效率低 无冲突方法 例，基本位图法； 轻负载下，发送延迟大；重负载下，信道效率高 有限竞争方法 结合以上两种方法，轻负载下使用竞争，重负载下使用无冲突方法 减少竞争的站的数目可以增加获取信道的概率； 基本思路：将站分组，组内竞争。
4.3 以太网的 MAC 层 4.3.1 MAC 层的硬件地址,在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符 但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格第 1,最高位 最先发送,,最低位,,最高位,,最低位 最后发送,,,00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001,,,,,,最低位 最先发送,,最高位,,最低位,,最高位 最后发送,,,,,,机构惟一标志符 OUI,,扩展标志符,高位在前,低位在前,十六进制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80,二进制表示的 EUI-48 地址：,,,第 1 字节,第 6 字节,,,I/G 比特,I/G 比特,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,第 1,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,,,10101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000,802.5 802.6,,802.3 802.4,,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.1 MAC 层的硬件地址,网卡上的硬件地址 路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。
路由器,,,,,,,1A-24-F6-54-1B-0E,,00-00-A2-A4-2C-02,,20-60-8C-C7-75-2A,,08-00-20-47-1F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,,,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.1 MAC 层的硬件地址,网卡检查 MAC 地址 网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理 “发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一） 广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多）,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式MAC 帧,字节,6,6,2,4,IP 层,物理层,,,,,,,,,目的地址,源地址,长度/类型,FCS,MAC 层,,,,10101010101010 10101010101010101011,,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,,,…,数 据,MAC 子层,IP 层,,LLC 子层,,这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用,43 ~ 1497,1,1,1,,,,DSAP,SSAP,控制,,,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,以太网 V2 的 MAC 帧格式,,,,MAC 帧,物理层,MAC 层,,,IP 层,,目的地址字段 6 字节,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,,,,MAC 帧,物理层,MAC 层,,,IP 层,,源地址字段 6 字节,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,,,,MAC 帧,物理层,MAC 层,,,IP 层,,类型字段 2 字节,类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。
4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,,,,MAC 帧,物理层,MAC 层,,,IP 层,,数据字段 46 ~ 1500 字节,数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段 最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,,,,MAC 帧,物理层,MAC 层,,,IP 层,,FCS 字段 4 字节,当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节MAC 帧,物理层,MAC 层,,,IP 层,,在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧为了达到比特同步， 在传输媒体上实际传送的 要比 MAC 帧还多 8 个字节,4.3 以太网的 MAC 层 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式,无效的 MAC 帧: 数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列 FC。
