《計(jì)算機(jī)通信網(wǎng) 》第4章 介質(zhì)訪問控制層

1、1 背景背景 2 共享介質(zhì)的信道分配共享介質(zhì)的信道分配 3 共享信道動(dòng)態(tài)訪問技術(shù)共享信道動(dòng)態(tài)訪問技術(shù) 4 以太網(wǎng)以太網(wǎng) 5 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 6 網(wǎng)橋網(wǎng)橋 1 l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為兩類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為兩類 點(diǎn)到點(diǎn)信道的網(wǎng)絡(luò)（點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)）點(diǎn)到點(diǎn)信道的網(wǎng)絡(luò)（點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)） 共享信道的網(wǎng)絡(luò)（廣播式網(wǎng)絡(luò)）共享信道的網(wǎng)絡(luò)（廣播式網(wǎng)絡(luò)） l廣播信道也稱為：廣播信道也稱為： 多路訪問信道或隨機(jī)訪問信道多路訪問信道或隨機(jī)訪問信道 l廣播信道網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)廣播信道網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 所有站點(diǎn)共享同一信道所有站點(diǎn)共享同一信道 一個(gè)站發(fā)送的數(shù)據(jù)將傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)一個(gè)站發(fā)送的數(shù)據(jù)將傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 同時(shí)發(fā)送會(huì)產(chǎn)生沖突同時(shí)發(fā)送會(huì)產(chǎn)生沖突 需要

2、某種信道訪問機(jī)制需要某種信道訪問機(jī)制介質(zhì)訪問子層研究的問題介質(zhì)訪問子層研究的問題 2 頻率f l典型的廣播信道網(wǎng)絡(luò)典型的廣播信道網(wǎng)絡(luò) 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 無線廣域網(wǎng)（無線廣域網(wǎng)（GSM、GPRS、WCDMA等）等） 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)WLAN（802.11） 有線局域網(wǎng)有線局域網(wǎng) 共享式以太網(wǎng)，令牌環(huán)網(wǎng)共享式以太網(wǎng)，令牌環(huán)網(wǎng) 光纖網(wǎng)絡(luò)光纖網(wǎng)絡(luò) l廣播信道網(wǎng)絡(luò)面臨和需要解決的問題廣播信道網(wǎng)絡(luò)面臨和需要解決的問題 如何識(shí)別不同的站點(diǎn)如何識(shí)別不同的站點(diǎn) 站點(diǎn)何時(shí)如何使用信道站點(diǎn)何時(shí)如何使用信道信道訪問與分配問題信道訪問與分配問題 l上述問題由上述問題由MAC子層協(xié)議解決（子層協(xié)議解決（OSI參考模型

3、）參考模型） 介質(zhì)訪問子層（介質(zhì)訪問子層（medium access control） 3 l多路復(fù)用：多路復(fù)用：Multiplex（信號(hào)）（信號(hào)） 多個(gè)通信復(fù)用到一個(gè)信道上多個(gè)通信復(fù)用到一個(gè)信道上 TDM、FDM通過劃分子信道，實(shí)現(xiàn)多個(gè)一對一的通信通過劃分子信道，實(shí)現(xiàn)多個(gè)一對一的通信 l多路（多址）訪問：多路（多址）訪問：Multi-Access（用戶）（用戶） 在一個(gè)信道上，實(shí)現(xiàn)多個(gè)站點(diǎn)間通信，一對多的通信在一個(gè)信道上，實(shí)現(xiàn)多個(gè)站點(diǎn)間通信，一對多的通信 TDMA，時(shí)分多路訪問，時(shí)分多路訪問，TDM的聯(lián)網(wǎng)通信方式的聯(lián)網(wǎng)通信方式 FDMA，頻分多路訪問，頻分多路訪問，F(xiàn)DM的聯(lián)網(wǎng)通信方式的聯(lián)網(wǎng)

4、通信方式 CDMA，碼分多路訪問，碼分多路訪問 WDMA，波分多路訪問，波分多路訪問 CSMA，載波偵聽多路訪問，載波偵聽多路訪問 4 l靜態(tài)分配（無競爭）靜態(tài)分配（無競爭） 頻分多路訪問頻分多路訪問FDMA（各站使用獨(dú)立頻段傳輸）（各站使用獨(dú)立頻段傳輸） 需要考慮頻段間隔，以免相互干擾需要考慮頻段間隔，以免相互干擾 用戶速率受限用戶速率受限 時(shí)分多路訪問時(shí)分多路訪問TDMA（各站使用獨(dú)立時(shí)間段傳輸）（各站使用獨(dú)立時(shí)間段傳輸） 需要考慮時(shí)間段（時(shí)隙）獨(dú)立，以免干擾需要考慮時(shí)間段（時(shí)隙）獨(dú)立，以免干擾 用戶接入時(shí)延較大用戶接入時(shí)延較大 靜態(tài)分配方式簡單可靠，但信道利用率低，不適應(yīng)突靜態(tài)分配方式簡

5、單可靠，但信道利用率低，不適應(yīng)突 發(fā)的數(shù)據(jù)傳送和用戶數(shù)量變化的情況。發(fā)的數(shù)據(jù)傳送和用戶數(shù)量變化的情況。 5 l動(dòng)態(tài)分配動(dòng)態(tài)分配 不固定為每個(gè)站點(diǎn)分配信道不固定為每個(gè)站點(diǎn)分配信道 需要時(shí)才分配或占用，空閑時(shí)可由其它站點(diǎn)使用需要時(shí)才分配或占用，空閑時(shí)可由其它站點(diǎn)使用 動(dòng)態(tài)分配需要考慮的要素動(dòng)態(tài)分配需要考慮的要素 如何發(fā)送如何發(fā)送 任意，想發(fā)就發(fā)；得到許可再發(fā)送 發(fā)送前是否偵聽載波：盲目 或 等待信道空閑 如何接收如何接收 地址識(shí)別；是否檢測沖突 沖突怎樣解決沖突怎樣解決 不使沖突出現(xiàn) 減少?zèng)_突 減少?zèng)_突影響 6 STOP NOYES Collision l動(dòng)態(tài)分配的方式動(dòng)態(tài)分配的方式 集中仲裁的動(dòng)

6、態(tài)分配（需要管理站）集中仲裁的動(dòng)態(tài)分配（需要管理站） 向管理站預(yù)約：需要時(shí)申請，許可后發(fā)送數(shù)據(jù)（舉手的向管理站預(yù)約：需要時(shí)申請，許可后發(fā)送數(shù)據(jù)（舉手的 方式）方式） 申請時(shí)可能沖突，許可后發(fā)送無沖突 由管理站輪詢由管理站輪詢 (點(diǎn)名的方式點(diǎn)名的方式) 單播輪詢方式：依次詢問每個(gè)站，有數(shù)據(jù)發(fā)的站點(diǎn)發(fā)送，無沖突 組播或廣播輪詢：可能有沖突 分布仲裁的動(dòng)態(tài)分配（無需管理站）分布仲裁的動(dòng)態(tài)分配（無需管理站） 允許競爭存在，盡量避免或減少?zèng)_突允許競爭存在，盡量避免或減少?zèng)_突 減少?zèng)_突的措施：發(fā)前偵聽信道，檢測沖突，沖突后隨減少?zèng)_突的措施：發(fā)前偵聽信道，檢測沖突，沖突后隨 機(jī)后退等機(jī)后退等 令牌控制信道的

7、使用令牌控制信道的使用 只有得到令牌的站，才能發(fā)送數(shù)據(jù)（無沖突方式）只有得到令牌的站，才能發(fā)送數(shù)據(jù)（無沖突方式） 7 l算法優(yōu)點(diǎn)算法優(yōu)點(diǎn) 信道利用率高信道利用率高 其它站點(diǎn)不發(fā)送時(shí)，可占用更多的信道資源其它站點(diǎn)不發(fā)送時(shí)，可占用更多的信道資源 聯(lián)網(wǎng)通信方式簡單聯(lián)網(wǎng)通信方式簡單 不需要進(jìn)行信道劃分（隨機(jī)信道）不需要進(jìn)行信道劃分（隨機(jī)信道） 站點(diǎn)數(shù)可變站點(diǎn)數(shù)可變 發(fā)，或者不發(fā)發(fā)，或者不發(fā)(不存在子信道帶來的復(fù)雜問題不存在子信道帶來的復(fù)雜問題) 適合于計(jì)算機(jī)間的組網(wǎng)通信（范圍有限）適合于計(jì)算機(jī)間的組網(wǎng)通信（范圍有限） 通信的對象可變通信的對象可變 通信的數(shù)據(jù)量可變，通信能力強(qiáng)通信的數(shù)據(jù)量可變，通信能力

8、強(qiáng) 站點(diǎn)可自由上下網(wǎng)站點(diǎn)可自由上下網(wǎng) l最大問題最大問題 如何最大限度避免出現(xiàn)發(fā)送沖突如何最大限度避免出現(xiàn)發(fā)送沖突 8 3.1隨機(jī)競爭訪問信道隨機(jī)競爭訪問信道 節(jié)點(diǎn)隨機(jī)搶占信道，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)搶占信道，ALOHA、CSMA等等 允許沖突存在允許沖突存在 3.2 無沖突訪問信道（有序訪問）無沖突訪問信道（有序訪問） 控制節(jié)點(diǎn)訪問信道次序，位圖、令牌等控制節(jié)點(diǎn)訪問信道次序，位圖、令牌等 無沖突無沖突 3.3 有限競爭訪問信道有限競爭訪問信道 結(jié)合競爭方式和無沖突方式結(jié)合競爭方式和無沖突方式 輕負(fù)載時(shí)，使用競爭方式輕負(fù)載時(shí)，使用競爭方式 重負(fù)載時(shí)，使用無沖突方式重負(fù)載時(shí)，使用無沖突方式 9 3.4 波分多

9、路訪問波分多路訪問 站點(diǎn)配置站點(diǎn)配置 工作方式工作方式 3.5 蜂窩網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò) 隨機(jī)競爭隨機(jī)競爭 按需分配按需分配 10 l純純ALOHA協(xié)議協(xié)議 各站想發(fā)就發(fā)，碰撞隨時(shí)可能發(fā)生各站想發(fā)就發(fā)，碰撞隨時(shí)可能發(fā)生 l時(shí)槽時(shí)槽ALOHA協(xié)議協(xié)議 規(guī)定統(tǒng)一發(fā)送時(shí)刻，碰撞時(shí)幀完全重疊規(guī)定統(tǒng)一發(fā)送時(shí)刻，碰撞時(shí)幀完全重疊 lCSMA協(xié)議協(xié)議 發(fā)前偵聽信道，忙則隨機(jī)后退發(fā)前偵聽信道，忙則隨機(jī)后退 有三種策略：有三種策略：0堅(jiān)持、堅(jiān)持、1堅(jiān)持和堅(jiān)持和P堅(jiān)持堅(jiān)持 lCSMA/CD 發(fā)前偵聽信道，發(fā)送時(shí)同時(shí)檢測信道發(fā)前偵聽信道，發(fā)送時(shí)同時(shí)檢測信道 檢測到?jīng)_突立即停發(fā)，釋放信道檢測到?jīng)_突立即停發(fā)，釋放信道 lCSM

10、A/CA：WLAN的的MAC協(xié)議協(xié)議 發(fā)前不聽不看， 沖突嚴(yán)重 雖發(fā)前偵聽信道， 但沖突一旦發(fā)生不 能立即停下，資源 浪費(fèi) 沖突立即釋放信道， 提高信道利用率 11 l假設(shè)有假設(shè)有N個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)隨時(shí)都有數(shù)據(jù)幀可發(fā)。為分析方個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)隨時(shí)都有數(shù)據(jù)幀可發(fā)。為分析方 便，假定：便，假定： 所有數(shù)據(jù)幀長度相同所有數(shù)據(jù)幀長度相同(L bits)，信道速率為，信道速率為R(bits/s) 每個(gè)數(shù)據(jù)幀持續(xù)時(shí)間為每個(gè)數(shù)據(jù)幀持續(xù)時(shí)間為T=L/R，（幀時(shí)），（幀時(shí)） 信道幀速率為信道幀速率為C=1/T = R/L 123 C 單位時(shí)間單位時(shí)間=CT 1 2 3 g 成功幀數(shù)成功幀數(shù)s總幀數(shù)總幀數(shù)g 站點(diǎn)

11、通信模型：站點(diǎn)通信模型： -N個(gè)站點(diǎn)按某種通信規(guī)則發(fā)送數(shù)據(jù)幀。個(gè)站點(diǎn)按某種通信規(guī)則發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 -數(shù)據(jù)幀在信道上可能出現(xiàn)重疊數(shù)據(jù)幀在信道上可能出現(xiàn)重疊(沖突沖突) -只有未被沖突的幀才能成功傳輸只有未被沖突的幀才能成功傳輸 三個(gè)重要分析參數(shù)：三個(gè)重要分析參數(shù)： C：信道幀速率，單位時(shí)間內(nèi)最大傳輸幀數(shù)：信道幀速率，單位時(shí)間內(nèi)最大傳輸幀數(shù) g：信道負(fù)載，單位時(shí)間內(nèi)所有站點(diǎn)傳輸幀總數(shù)：信道負(fù)載，單位時(shí)間內(nèi)所有站點(diǎn)傳輸幀總數(shù) s: 有效傳輸，單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸幀總數(shù)有效傳輸，單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸幀總數(shù) 12 lG = g/C 信道負(fù)載率，信源幀速率信道負(fù)載率，信源幀速率 數(shù)據(jù)幀總傳輸速率與信道幀速率之比

12、數(shù)據(jù)幀總傳輸速率與信道幀速率之比 也可理解為：也可理解為： 幀數(shù)量幀數(shù)量/幀時(shí)幀時(shí), G = g/C = gT 0 G 1時(shí)，表明信道已達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，表明信道已達(dá)到滿負(fù)荷 G最大可達(dá)最大可達(dá)N(站點(diǎn)數(shù)站點(diǎn)數(shù))，表示每個(gè)站點(diǎn)都以信道幀速率發(fā)送，表示每個(gè)站點(diǎn)都以信道幀速率發(fā)送 lS = s/C 信道吞吐率，信道利用率信道吞吐率，信道利用率 成功幀速率占信道幀速率的比例成功幀速率占信道幀速率的比例 0 S 1 123 C 單位時(shí)間單位時(shí)間=CT 1 2 3 g 成功幀數(shù)成功幀數(shù)s總幀數(shù)總幀數(shù)g 13 l競爭模型競爭模型 N個(gè)獨(dú)立工作的站點(diǎn)，隨機(jī)地發(fā)送數(shù)據(jù)幀個(gè)獨(dú)立工作的站點(diǎn)，隨機(jī)地發(fā)送數(shù)據(jù)幀 進(jìn)入信道

13、的幀速率是一個(gè)隨機(jī)過程進(jìn)入信道的幀速率是一個(gè)隨機(jī)過程(設(shè)均值為設(shè)均值為G) 某個(gè)幀成功傳輸?shù)臈l件某個(gè)幀成功傳輸?shù)臈l件(不考慮誤碼不考慮誤碼) 沒有與其它幀在時(shí)間上有重疊沒有與其它幀在時(shí)間上有重疊 進(jìn)入信道 (幀速率G) 成功傳輸出信道 （吞吐率S） 沖突的幀 （消失在信道上) 顯然：SG 14 l幀速率（信道負(fù)載率）的概率分布幀速率（信道負(fù)載率）的概率分布 在任意一個(gè)幀時(shí)在任意一個(gè)幀時(shí)T(幀長度幀長度/信道速率信道速率)內(nèi)，生成內(nèi)，生成k個(gè)幀的個(gè)幀的 概率服從泊松分布概率服從泊松分布 其中其中G為平均幀速率（幀為平均幀速率（幀/幀時(shí)）幀時(shí)） 典型值：典型值： T內(nèi)生成內(nèi)生成0幀的概率為：幀的概

14、率為：pT(0)=e-G T內(nèi)生成內(nèi)生成1幀的概率為：幀的概率為：pT(1)=Ge-G 2T內(nèi)生成內(nèi)生成0幀的概率為：幀的概率為：p2T(0)=e-2G ( ) ! kG T G e P k k 15 l背景知識(shí)：泊松背景知識(shí)：泊松(Poisson)分布分布 無窮多個(gè)獨(dú)立工作站點(diǎn)隨機(jī)生成無窮多個(gè)獨(dú)立工作站點(diǎn)隨機(jī)生成(發(fā)送發(fā)送)幀的概率分布幀的概率分布 設(shè)有一小的時(shí)間間隔設(shè)有一小的時(shí)間間隔dt，若，若 在在dt內(nèi)生成一幀的概率為內(nèi)生成一幀的概率為dt(dt1) 當(dāng)當(dāng)dt足夠小時(shí)，生成多于足夠小時(shí)，生成多于1幀的概率可忽略不計(jì)幀的概率可忽略不計(jì) 在各不重疊的時(shí)間間隔，生成的幀數(shù)是獨(dú)立的隨機(jī)變量在各

15、不重疊的時(shí)間間隔，生成的幀數(shù)是獨(dú)立的隨機(jī)變量 概率結(jié)構(gòu)與時(shí)間位置無關(guān)概率結(jié)構(gòu)與時(shí)間位置無關(guān) 則可推出在則可推出在t時(shí)間內(nèi)生成時(shí)間內(nèi)生成n個(gè)幀的概率為個(gè)幀的概率為 均值為均值為 方差為方差為 ! )( ),( n et tnp tn ttnp),(E( ttnpD),( 為幀的平均生成速率為幀的平均生成速率 ( (研究表明：當(dāng)站點(diǎn)數(shù)超過研究表明：當(dāng)站點(diǎn)數(shù)超過2020個(gè)時(shí)個(gè)時(shí), , 其生成幀的概率分布已非常接近其生成幀的概率分布已非常接近 泊松分布）泊松分布） 16 l競爭模型的性能特性競爭模型的性能特性 吞吐率吞吐率S與幀速率與幀速率G的關(guān)系：的關(guān)系：S=GP0（P0成功傳輸概率）成功傳輸概率）

16、 幀的數(shù)量少?zèng)_突概率小傳輸成功率高吞吐率升高幀的數(shù)量少?zèng)_突概率小傳輸成功率高吞吐率升高 幀的數(shù)量多沖突概率大傳輸成功率低吞吐率降低幀的數(shù)量多沖突概率大傳輸成功率低吞吐率降低 幀速率小 幀速率適中幀速率過大 G(幀速率) S(吞吐率) G小G適中 G過大 G小：吞吐率隨幀速 率的增加而增加(成 功傳輸?shù)膸龆? G過大：吞吐率隨幀 速率的增加反而下降 (更多的沖突) 理想情況 1 1 17 l工作原理工作原理 站點(diǎn)只要有數(shù)據(jù)就可以直接占用信道，啟動(dòng)發(fā)送站點(diǎn)只要有數(shù)據(jù)就可以直接占用信道，啟動(dòng)發(fā)送 不考慮與別的站點(diǎn)是否沖突的無序競爭，不考慮與別的站點(diǎn)是否沖突的無序競爭，“想發(fā)就發(fā)想發(fā)就發(fā)” 幀速率較

17、大時(shí)，沖突會(huì)急劇上升幀速率較大時(shí)，沖突會(huì)急劇上升G越大越大幀越多幀越多沖突越嚴(yán)重沖突越嚴(yán)重 l何種幀速率適合何種幀速率適合Pure ALOHA Pure ALOHA所能達(dá)到的吞吐率所能達(dá)到的吞吐率 G N 70年代，夏威夷大學(xué)為了用無線電將分散在各個(gè) 島嶼的計(jì)算機(jī)連接起來，Norman Abramson等 人設(shè)計(jì)了一種巧妙地解決信道分配問題的新算法， 稱為ALOHA（or pure ALOHA)。 該協(xié)議開創(chuàng)了通信介質(zhì)共享領(lǐng)域的新時(shí)代 18 l為簡單起見，假定所有站點(diǎn)發(fā)送的幀是等長的，占為簡單起見，假定所有站點(diǎn)發(fā)送的幀是等長的，占 用信道的時(shí)間為用信道的時(shí)間為T（幀時(shí)）（幀時(shí)） l設(shè)某個(gè)站點(diǎn)在

18、設(shè)某個(gè)站點(diǎn)在t時(shí)刻發(fā)送一個(gè)幀，該幀成功發(fā)送的條時(shí)刻發(fā)送一個(gè)幀，該幀成功發(fā)送的條 件是：件是： 在在t-Tt+T的的2T間隔內(nèi)沒有其它站點(diǎn)發(fā)送間隔內(nèi)沒有其它站點(diǎn)發(fā)送(如圖所示如圖所示) 即成功發(fā)送概率即成功發(fā)送概率P0(根據(jù)幀速率的泊松分布根據(jù)幀速率的泊松分布)為為 P0=P2T內(nèi)無幀產(chǎn)生=P2T(0) =e-2G 由由S=GP0，可得，可得Pure ALOHA的吞吐率的吞吐率 S=Ge-2G 站1 站2 tt+Tt -T 站N 19 l性能描述性能描述 當(dāng)幀速率當(dāng)幀速率G小于信道容量的小于信道容量的 50%時(shí)，發(fā)送幀產(chǎn)生的沖突較時(shí)，發(fā)送幀產(chǎn)生的沖突較 少，吞吐率隨幀速率而增加少，吞吐率隨幀速率

19、而增加 當(dāng)幀速率當(dāng)幀速率G大于信道容量的大于信道容量的 50%后，發(fā)送幀產(chǎn)生的沖突急后，發(fā)送幀產(chǎn)生的沖突急 劇上升，吞吐率下降劇上升，吞吐率下降 Pure ALOHA的最佳性能出現(xiàn)在的最佳性能出現(xiàn)在G=0.5，S=1/2e=0.184（ 吞吐率為信道容量的吞吐率為信道容量的18.4%) S=Ge-2G 理想吞吐率 信道利用率信道利用率(吞吐率吞吐率) 低的原因是站點(diǎn)的無序競爭低的原因是站點(diǎn)的無序競爭 幀發(fā)送成功率幀發(fā)送成功率 成功發(fā)送幀數(shù)成功發(fā)送幀數(shù)/總共傳輸幀總共傳輸幀 20 l減輕減輕Pure ALOHA的無序競爭，改進(jìn)其性能的無序競爭，改進(jìn)其性能 l改進(jìn)方法改進(jìn)方法 將信道劃分成長度為將

20、信道劃分成長度為T的時(shí)隙，站點(diǎn)只能在時(shí)隙開始位的時(shí)隙，站點(diǎn)只能在時(shí)隙開始位 置發(fā)送幀置發(fā)送幀 沒有沖突、或完全沖突，減少?zèng)_突幀的持續(xù)時(shí)間沒有沖突、或完全沖突，減少?zèng)_突幀的持續(xù)時(shí)間 改進(jìn)的代價(jià)是所有站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)隙的同步改進(jìn)的代價(jià)是所有站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)隙的同步(增加了實(shí)現(xiàn)難度增加了實(shí)現(xiàn)難度) 誰負(fù)責(zé)時(shí)隙管理，管理者出故障怎么辦等 改進(jìn)后，性能提高多少？改進(jìn)后，性能提高多少？ 21 l性能描述性能描述 某站點(diǎn)某站點(diǎn)t時(shí)刻成功發(fā)送一個(gè)幀的概率時(shí)刻成功發(fā)送一個(gè)幀的概率 P0 = T內(nèi)沒有新幀產(chǎn)生內(nèi)沒有新幀產(chǎn)生 = pT(0) = e-G Slot ALOHA吞吐率為吞吐率為 S=GP0=Ge-G 或或 S =

21、pT(1) = Ge-G 最大吞吐率最大吞吐率 Smax=Ge-G|G=1=1/e=0.368 Pure ALOHA的的2倍倍 幀丟失率幀丟失率? Slot-aloha Pure-aloha 22 l假設(shè)站點(diǎn)可以假設(shè)站點(diǎn)可以“聽聽”到信道上是否有站點(diǎn)在發(fā)送到信道上是否有站點(diǎn)在發(fā)送 準(zhǔn)備發(fā)送時(shí)，若準(zhǔn)備發(fā)送時(shí)，若“聽到聽到”信道上有站點(diǎn)發(fā)送，就推遲發(fā)信道上有站點(diǎn)發(fā)送，就推遲發(fā) 送，直到信道送，直到信道“空閑空閑”為止，再啟動(dòng)發(fā)送，從而主動(dòng)避為止，再啟動(dòng)發(fā)送，從而主動(dòng)避 免了沖突。免了沖突。Carrier Sense Multi-Access (CSMA) 若有兩個(gè)以上站點(diǎn)都在等，一旦信道空閑就會(huì)同

22、時(shí)發(fā)送若有兩個(gè)以上站點(diǎn)都在等，一旦信道空閑就會(huì)同時(shí)發(fā)送 而沖突。因此，需要錯(cuò)開各站點(diǎn)啟動(dòng)發(fā)送的時(shí)間。而沖突。因此，需要錯(cuò)開各站點(diǎn)啟動(dòng)發(fā)送的時(shí)間。 如果有多個(gè)站點(diǎn)在如果有多個(gè)站點(diǎn)在T內(nèi)產(chǎn)生了新幀，內(nèi)產(chǎn)生了新幀， 必然在此處開始沖突。必然在此處開始沖突。 在在G比較小時(shí)，沖突概率才會(huì)小比較小時(shí)，沖突概率才會(huì)小 T 站點(diǎn)站點(diǎn)s 準(zhǔn)備發(fā)送準(zhǔn)備發(fā)送開始發(fā)送開始發(fā)送 推遲推遲 預(yù)防多個(gè)站點(diǎn)在預(yù)防多個(gè)站點(diǎn)在T內(nèi)產(chǎn)生新幀，繼續(xù)內(nèi)產(chǎn)生新幀，繼續(xù) 后退一個(gè)隨機(jī)長度的時(shí)間后，再后退一個(gè)隨機(jī)長度的時(shí)間后，再“聽聽” 信道，若信道閑才發(fā)送。信道，若信道閑才發(fā)送。 在在G比較小時(shí)，可能是多余的后退比較小時(shí)，可能是多余的后

23、退 或者發(fā)送或者發(fā)送(概率概率p)，或者后退，或者后退(隨機(jī)時(shí)隨機(jī)時(shí) 間長度間長度)后再后再“聽信道聽信道” 通過調(diào)整通過調(diào)整p來配合來配合G的大小的大小 站點(diǎn)站點(diǎn)s 準(zhǔn)備發(fā)送準(zhǔn)備發(fā)送開始發(fā)送開始發(fā)送 推遲推遲 隨機(jī)隨機(jī) 后退后退 站點(diǎn)站點(diǎn)s 準(zhǔn)備發(fā)送準(zhǔn)備發(fā)送 開始發(fā)送開始發(fā)送 推遲推遲 隨機(jī)隨機(jī) 后退后退 23 l發(fā)送策略發(fā)送策略 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA：等待信道閑后立即發(fā)送：等待信道閑后立即發(fā)送(p=1) 0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA：等待信道閑后再等待一段隨機(jī)長度：等待信道閑后再等待一段隨機(jī)長度(p=0) p堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA：等待信道閑后可能發(fā)送：等待信道閑后可能發(fā)送(概率概率p)，可能隨機(jī)，可能隨機(jī)

24、 后退后退(概率概率1-p) 隨機(jī)后退情況下，都需要重新偵聽信道隨機(jī)后退情況下，都需要重新偵聽信道 信道上的傳播延時(shí)會(huì)對站點(diǎn)的載波偵聽帶來不利影響信道上的傳播延時(shí)會(huì)對站點(diǎn)的載波偵聽帶來不利影響 隨機(jī)后退隨機(jī)后退 24 信道空閑信道空閑 A偵聽信道，立即發(fā)送數(shù)據(jù)偵聽信道，立即發(fā)送數(shù)據(jù) 信號(hào)到達(dá)信號(hào)到達(dá)B處處 B偵聽信道，抑制發(fā)送偵聽信道，抑制發(fā)送 25 A 信號(hào)傳播延時(shí) lCSMA降低了沖突概率降低了沖突概率 因?yàn)樾盘?hào)傳播延時(shí)是很短的以因?yàn)樾盘?hào)傳播延時(shí)是很短的以 2/3光速傳播光速傳播 26 信道忙 否否 偵聽 是是 信道閑信道閑 準(zhǔn)備發(fā)送 完成 發(fā)送發(fā)送 準(zhǔn)備發(fā)送 信道忙 否否 偵聽 完成 是

25、是 信道閑信道閑 發(fā)送發(fā)送 后退 時(shí)間到時(shí)間到 信道忙 否否 偵聽 完成 是是 信道閑信道閑 發(fā)送發(fā)送 后退 時(shí)間到時(shí)間到 Rp R=rand() 是是 準(zhǔn)備發(fā)送 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA 0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA p堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA 27 l信道閑后，啟動(dòng)發(fā)送的概率信道閑后，啟動(dòng)發(fā)送的概率p=1 l準(zhǔn)備發(fā)送：偵聽信道準(zhǔn)備發(fā)送：偵聽信道 若信道閑，啟動(dòng)發(fā)送若信道閑，啟動(dòng)發(fā)送 否則，持續(xù)偵聽信道直到信道閑，啟動(dòng)發(fā)送否則，持續(xù)偵聽信道直到信道閑，啟動(dòng)發(fā)送 l前一發(fā)送完成，后面很容易產(chǎn)生沖突前一發(fā)送完成，后面很容易產(chǎn)生沖突 下一幀不沖突的概率下一幀不沖突的概率 p=PT(0)+PT(1)=e-G+Ge-G=(1

26、+G)e-G 站A 站B 站C 站D 偵聽偵聽 偵聽偵聽 信道忙 否否 偵聽 是是 信道閑信道閑 準(zhǔn)備發(fā)送 完成 發(fā)送發(fā)送 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA 28 l信道閑后，啟動(dòng)發(fā)送的概率信道閑后，啟動(dòng)發(fā)送的概率(p=0) 再等待一段時(shí)間后決定是否發(fā)再等待一段時(shí)間后決定是否發(fā) l準(zhǔn)備發(fā)送：偵聽信道準(zhǔn)備發(fā)送：偵聽信道 若信道閑，啟動(dòng)發(fā)送若信道閑，啟動(dòng)發(fā)送 否則，等到信道閑，再等待一隨機(jī)時(shí)間否則，等到信道閑，再等待一隨機(jī)時(shí)間 后在嘗試發(fā)送后在嘗試發(fā)送 l降低多個(gè)站同時(shí)偵聽信道時(shí)可能出現(xiàn)降低多個(gè)站同時(shí)偵聽信道時(shí)可能出現(xiàn) 的沖突的沖突 站A 站B 站C 站D 隨機(jī)延時(shí)后偵聽隨機(jī)延時(shí)后偵聽 偵聽偵聽隨機(jī)延時(shí)后偵聽隨

27、機(jī)延時(shí)后偵聽 準(zhǔn)備發(fā)送 信道忙 否否 偵聽 完成 是是 信道閑信道閑 發(fā)送發(fā)送 后退 時(shí)間到時(shí)間到 0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA 29 l信道閑后，啟動(dòng)發(fā)送的概率為信道閑后，啟動(dòng)發(fā)送的概率為p l準(zhǔn)備發(fā)送：偵聽信道準(zhǔn)備發(fā)送：偵聽信道 若信道閑，啟動(dòng)發(fā)送若信道閑，啟動(dòng)發(fā)送 否則，等到信道閑，以概率否則，等到信道閑，以概率p啟動(dòng)發(fā)送，以概率啟動(dòng)發(fā)送，以概率1-p 繼續(xù)等待繼續(xù)等待 l降低多個(gè)站同時(shí)偵聽信道時(shí)可能出現(xiàn)的沖突降低多個(gè)站同時(shí)偵聽信道時(shí)可能出現(xiàn)的沖突 最佳方案：最佳方案： 調(diào)整概率調(diào)整概率p，使得發(fā)送的站點(diǎn)數(shù)，使得發(fā)送的站點(diǎn)數(shù)=1 站A 站B 站C 站D A計(jì)算概率為可以發(fā)送計(jì)算概率為可以發(fā)送 D計(jì)

28、算概率為不能發(fā)送計(jì)算概率為不能發(fā)送 偵聽偵聽 偵聽偵聽延時(shí)后偵聽延時(shí)后偵聽 信道忙 否否 偵聽 完成 是是 信道閑信道閑 發(fā)送發(fā)送 后退 時(shí)間到時(shí)間到 R1情況時(shí)，如果情況時(shí)，如果S很快就下降到零，即使以后很快就下降到零，即使以后G又回落到小又回落到小 于于1情況，由于堆積在站點(diǎn)上等待發(fā)送的幀太多，進(jìn)入信道的情況，由于堆積在站點(diǎn)上等待發(fā)送的幀太多，進(jìn)入信道的G也降也降 不下來，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常通信需要很長時(shí)間，或者無法恢復(fù)正常不下來，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常通信需要很長時(shí)間，或者無法恢復(fù)正常 因此，過載情況下因此，過載情況下(G1)仍能有較高的仍能有較高的S，是網(wǎng)絡(luò)抗過載能力強(qiáng)的體，是網(wǎng)絡(luò)抗過載能力強(qiáng)的體 現(xiàn)

29、現(xiàn) l抗過載能力抗過載能力 0堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA具有最強(qiáng)的抗過載能力具有最強(qiáng)的抗過載能力 Slot-aloha與與1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA在在G4時(shí)的抗過載能力相當(dāng)時(shí)的抗過載能力相當(dāng) t 流量流量 信道容量信道容量 G S1 S2 32 l隨機(jī)后退隨機(jī)后退 各個(gè)站點(diǎn)選擇的后退時(shí)間是隨機(jī)、各不相同各個(gè)站點(diǎn)選擇的后退時(shí)間是隨機(jī)、各不相同 后退后重新后退后重新“偵聽偵聽”信道，若發(fā)現(xiàn)信道，若發(fā)現(xiàn)“忙忙”，只有再后，只有再后 退！退！ 最壞情況：一直都在后退，站點(diǎn)的幀總發(fā)送不出去最壞情況：一直都在后退，站點(diǎn)的幀總發(fā)送不出去 因此，要規(guī)定后退次數(shù)上限，后退達(dá)到上限放棄發(fā)送該因此，要規(guī)定后退次數(shù)上限，后退達(dá)到上限

30、放棄發(fā)送該 幀幀 l發(fā)送概率發(fā)送概率p，例，例 取隨機(jī)數(shù)取隨機(jī)數(shù)(0-100),小于小于5就發(fā)送就發(fā)送(p=0.05) 選擇隨機(jī)變量選擇隨機(jī)變量x01 后退時(shí)間后退時(shí)間=x* 33 l信道有長度，信號(hào)有限傳播速度信道有長度，信號(hào)有限傳播速度(v300/3*108=1us 3Km信道， 10us 30Km信道， 100us 100Mbps信道：信道：100us*100*106 = 10000bits 34 l連續(xù)后退問題連續(xù)后退問題 若連續(xù)多次都發(fā)現(xiàn)信道忙，說明信道確實(shí)很忙，應(yīng)該若連續(xù)多次都發(fā)現(xiàn)信道忙，說明信道確實(shí)很忙，應(yīng)該 加大后退長度加大后退長度 讓站點(diǎn)在讓站點(diǎn)在1.W區(qū)間內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)后退

31、值區(qū)間內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)后退值 W稱為后退窗口，后退時(shí)間單位稱為后退窗口，后退時(shí)間單位= l二進(jìn)制指數(shù)后退算法二進(jìn)制指數(shù)后退算法 若節(jié)點(diǎn)在第若節(jié)點(diǎn)在第k次準(zhǔn)備發(fā)送時(shí)，仍發(fā)現(xiàn)信道忙，則次準(zhǔn)備發(fā)送時(shí)，仍發(fā)現(xiàn)信道忙，則 W=2k 站點(diǎn)在站點(diǎn)在1.W區(qū)間中隨機(jī)選擇一個(gè)后退值區(qū)間中隨機(jī)選擇一個(gè)后退值N 后退時(shí)間后退時(shí)間T = N* 若若k達(dá)到規(guī)定值達(dá)到規(guī)定值(如如15)，則放棄發(fā)送該幀，轉(zhuǎn)而發(fā)送下，則放棄發(fā)送該幀，轉(zhuǎn)而發(fā)送下 一幀一幀 35 l載波偵聽多路訪問載波偵聽多路訪問/沖突檢測沖突檢測 改進(jìn)改進(jìn)CSMA性能性能 CSMA仍有少量沖突存在，繼續(xù)發(fā)送，浪費(fèi)信道資源仍有少量沖突存在，繼續(xù)發(fā)送，浪費(fèi)信道資源

32、 引入條件：發(fā)送后，如果能夠發(fā)現(xiàn)沖突，就立即停止發(fā)送引入條件：發(fā)送后，如果能夠發(fā)現(xiàn)沖突，就立即停止發(fā)送 有線信道上：發(fā)送的信號(hào)能量與接收的信號(hào)能量相當(dāng)有線信道上：發(fā)送的信號(hào)能量與接收的信號(hào)能量相當(dāng) 沖突檢測沖突檢測 有線信道上，可以檢測信號(hào)的能量，以發(fā)現(xiàn)是否沖突有線信道上，可以檢測信號(hào)的能量，以發(fā)現(xiàn)是否沖突 檢測到?jīng)_突后，立即停止發(fā)送，讓信道空閑檢測到?jīng)_突后，立即停止發(fā)送，讓信道空閑 站站A A 站站B B 站站C C 成功發(fā)送成功發(fā)送 36 電平判斷電平判斷 沖突信號(hào)相互疊加，總電平將超過額定值沖突信號(hào)相互疊加，總電平將超過額定值 邏輯判斷邏輯判斷 發(fā)送的數(shù)據(jù)與同時(shí)收回來的數(shù)據(jù)不一致發(fā)送的數(shù)

33、據(jù)與同時(shí)收回來的數(shù)據(jù)不一致 收收 發(fā)發(fā) 沖突沖突 信道信道 37 l最壞情況最壞情況 站點(diǎn)站點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀后在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后在 - 時(shí)到達(dá)最遠(yuǎn)端的站點(diǎn)時(shí)到達(dá)最遠(yuǎn)端的站點(diǎn)B，而，而B恰恰 好在此時(shí)開始發(fā)送。好在此時(shí)開始發(fā)送。 接近于接近于0，但不等于，但不等于0 站點(diǎn)站點(diǎn)B馬上可以檢測到?jīng)_突馬上可以檢測到?jīng)_突 站點(diǎn)站點(diǎn)A要再經(jīng)過要再經(jīng)過后，才可能檢測到?jīng)_突后，才可能檢測到?jīng)_突 實(shí)際上，站點(diǎn)還需要用若干實(shí)際上，站點(diǎn)還需要用若干bit的來驗(yàn)證是否沖突的來驗(yàn)證是否沖突 l故：沖突檢測時(shí)間故：沖突檢測時(shí)間 2，即，即發(fā)送超過發(fā)送超過2時(shí)間后不需時(shí)間后不需 要再檢測沖突要再檢測沖突 38 檢測到?jīng)_突后立即停

34、止傳輸，停止傳輸后，隨機(jī)延遲檢測到?jīng)_突后立即停止傳輸，停止傳輸后，隨機(jī)延遲 一段時(shí)間再嘗試發(fā)送一段時(shí)間再嘗試發(fā)送 延遲時(shí)間以時(shí)間片為單位延遲時(shí)間以時(shí)間片為單位 一個(gè)時(shí)間片一個(gè)時(shí)間片=最大沖突檢測時(shí)間最大沖突檢測時(shí)間(2 ) 隨機(jī)延時(shí)算法截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)回退算法隨機(jī)延時(shí)算法截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)回退算法 最大重試次數(shù)最大重試次數(shù)attempt_limit，當(dāng)，當(dāng)attempts10時(shí)，退避時(shí)，退避 窗口窗口W維持維持210不變不變 r為計(jì)算的延時(shí)時(shí)間片為計(jì)算的延時(shí)時(shí)間片 39 l無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 所有站點(diǎn)工作在相同的無線信道上所有站點(diǎn)工作在相同的無線信道上 無線信道構(gòu)成一個(gè)空中共享總線無線信道構(gòu)成一個(gè)

35、空中共享總線 l與有線網(wǎng)不同之處與有線網(wǎng)不同之處 收發(fā)不能同時(shí)收發(fā)不能同時(shí)(無法實(shí)現(xiàn)無法實(shí)現(xiàn)CD) 傳輸距離有限，（新沖突）傳輸距離有限，（新沖突） B不能檢測到不能檢測到A的載波，在的載波，在C處產(chǎn)生沖突處產(chǎn)生沖突 B稱為稱為A的的“隱藏終端隱藏終端” 發(fā)送發(fā)送 40mW 接收接收 40mW*10-7 發(fā)送時(shí)需要關(guān)閉接收發(fā)送時(shí)需要關(guān)閉接收 機(jī)，否則泄漏來的信機(jī)，否則泄漏來的信 號(hào)都會(huì)使接收機(jī)過載號(hào)都會(huì)使接收機(jī)過載 AC B 隱藏終端問題隱藏終端問題 40 l解決隱藏站點(diǎn)沖突解決隱藏站點(diǎn)沖突 A欲向欲向B發(fā)送數(shù)據(jù)，先發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)，先發(fā)送RTS幀提醒幀提醒B B應(yīng)答應(yīng)答CTS，阻止在，阻止在B覆

36、蓋范圍內(nèi)的其他所有站點(diǎn)發(fā)覆蓋范圍內(nèi)的其他所有站點(diǎn)發(fā) 送數(shù)據(jù)（不包括送數(shù)據(jù)（不包括A） C收到收到CTS后，不向后，不向B發(fā)送數(shù)據(jù)而避免了沖突發(fā)送數(shù)據(jù)而避免了沖突 （在（在B周圍的所有站點(diǎn)中只有周圍的所有站點(diǎn)中只有A能發(fā)送數(shù)據(jù)）能發(fā)送數(shù)據(jù)） RTSCTS 41 l“暴露終端暴露終端”問題問題 在在A向向B發(fā)送報(bào)文的同時(shí)，發(fā)送報(bào)文的同時(shí)，C應(yīng)該可以向應(yīng)該可以向D發(fā)送報(bào)文發(fā)送報(bào)文 C不會(huì)干擾不會(huì)干擾B的接收，的接收，A也不會(huì)干擾也不會(huì)干擾D的接收的接收 但但C在在A的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，A的發(fā)送抑制了的發(fā)送抑制了C的發(fā)送的發(fā)送 C暴露在暴露在A的范圍中而被禁止發(fā)送的范圍中而被禁止發(fā)送 l解決暴露終端思

37、路解決暴露終端思路 C收不到收不到B的的CTS，證明不會(huì)干擾，證明不會(huì)干擾B的接收的接收 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送算法！設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送算法！ AC 暴露終端問題暴露終端問題 BD 42 l解決暴露終端的方法解決暴露終端的方法 C收不到收不到A發(fā)出的發(fā)出的CTS發(fā)送抑制幀發(fā)送抑制幀 C可以在可以在B向向A發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)向發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)向D發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) l新的問題新的問題 RTS、CTS幀的沖突幀的沖突 43 l要求要求 A發(fā)送時(shí)，發(fā)送時(shí)，A周圍的站點(diǎn)偵聽到載波，不會(huì)發(fā)送周圍的站點(diǎn)偵聽到載波，不會(huì)發(fā)送 A發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送數(shù)據(jù)到C時(shí)，時(shí)，C的附近不能有其它站點(diǎn)發(fā)送（不的附近不能有其它站點(diǎn)發(fā)送（不 使使C的接

38、收受到?jīng)_突）的接收受到?jīng)_突） lCSMA/CA工作方式工作方式 A先向先向C發(fā)送發(fā)送“請求發(fā)送請求發(fā)送”短報(bào)文短報(bào)文:RTS(持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間) C應(yīng)答應(yīng)答“允許發(fā)送允許發(fā)送”短報(bào)文短報(bào)文:CTS(持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間) 產(chǎn)生抑制周圍站點(diǎn)發(fā)送的效果產(chǎn)生抑制周圍站點(diǎn)發(fā)送的效果 A收到收到CTS后發(fā)送數(shù)據(jù)幀后發(fā)送數(shù)據(jù)幀 A C 44 l通信范圍外，信道可重復(fù)使用，從而增大了信道通信范圍外，信道可重復(fù)使用，從而增大了信道 的利用效率的利用效率 45 l競爭訪問信道面臨的問題及解決方案競爭訪問信道面臨的問題及解決方案 有沖突出現(xiàn)有沖突出現(xiàn) 盡量減少?zèng)_突降低沖突概率盡量減少?zèng)_突降低沖突概率 監(jiān)聽載波監(jiān)聽載波

39、 隨機(jī)后退隨機(jī)后退 P-堅(jiān)持堅(jiān)持 盡量減小沖突帶來影響減小沖突窗口盡量減小沖突帶來影響減小沖突窗口 分時(shí)槽分時(shí)槽 監(jiān)聽載波監(jiān)聽載波 沖突檢測沖突檢測 減小沖突持續(xù)時(shí)間 46 l控制節(jié)點(diǎn)訪問信道次序控制節(jié)點(diǎn)訪問信道次序 預(yù)定協(xié)議預(yù)定協(xié)議 位圖方法位圖方法 自定方式自定方式 地址信息地址信息 用特定信息指揮發(fā)送用特定信息指揮發(fā)送 令牌令牌 47 l預(yù)定協(xié)議位圖方法預(yù)定協(xié)議位圖方法 在信道訪問前先申請（預(yù)定）信道，然后按序訪問在信道訪問前先申請（預(yù)定）信道，然后按序訪問 爭用時(shí)隙的作用爭用時(shí)隙的作用 發(fā)送站在自己的爭用時(shí)隙中置位發(fā)送站在自己的爭用時(shí)隙中置位 在爭用時(shí)隙結(jié)束后，各發(fā)送站按順序發(fā)送在爭用

40、時(shí)隙結(jié)束后，各發(fā)送站按順序發(fā)送 基本位圖：建立爭用時(shí)隙與站點(diǎn)的映射基本位圖：建立爭用時(shí)隙與站點(diǎn)的映射 48 l自定方式自定方式 不預(yù)定信道，而是利用站點(diǎn)自帶的信息（地址）決定不預(yù)定信道，而是利用站點(diǎn)自帶的信息（地址）決定 使用信道的順序使用信道的順序 二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)法二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)法 各發(fā)送站發(fā)送自己的地址，同時(shí)監(jiān)聽自己發(fā)出的地址是各發(fā)送站發(fā)送自己的地址，同時(shí)監(jiān)聽自己發(fā)出的地址是 否改變否改變 地址發(fā)完后，沒有發(fā)現(xiàn)地址改變的發(fā)送站繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)地址發(fā)完后，沒有發(fā)現(xiàn)地址改變的發(fā)送站繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù) 49 l二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)法二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)法 例例 站站A、B、C、D地址分別為地址分別為0010、0100、100

41、1、1010， 假設(shè)四個(gè)站點(diǎn)同時(shí)希望發(fā)送，它們將自己的地址送出，并假設(shè)四個(gè)站點(diǎn)同時(shí)希望發(fā)送，它們將自己的地址送出，并 同時(shí)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。同時(shí)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 A B C D 發(fā)送順序發(fā)送順序 先先后后 0 0 1 1 1 1 1 1 D站可以發(fā)送數(shù)據(jù)站可以發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送站中地址發(fā)送站中地址 最高的可以發(fā)最高的可以發(fā) 送數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù) 高地址站具有高地址站具有 高優(yōu)先級(jí)高優(yōu)先級(jí) 地址動(dòng)態(tài)變化，地址動(dòng)態(tài)變化， 以保證公平性以保證公平性 50 l用特定信息指揮發(fā)送用特定信息指揮發(fā)送 令牌環(huán)令牌環(huán) 輪詢方式輪詢方式 TCU SDACED

42、令牌令牌 TCUTCU 主從從從從 51 l產(chǎn)生背景產(chǎn)生背景 競爭協(xié)議與無沖突協(xié)議在輕載和重載下的不同特性競爭協(xié)議與無沖突協(xié)議在輕載和重載下的不同特性 各有優(yōu)劣各有優(yōu)劣 輕載時(shí)，競爭協(xié)議具有低發(fā)送延時(shí)特性輕載時(shí)，競爭協(xié)議具有低發(fā)送延時(shí)特性 重載時(shí)，無沖突協(xié)議具有高信道利用率的特性重載時(shí)，無沖突協(xié)議具有高信道利用率的特性 優(yōu) 優(yōu) 52 l分組分時(shí)隙法分組分時(shí)隙法 分組：組數(shù)分組：組數(shù)N 組內(nèi)成員數(shù)組內(nèi)成員數(shù)M 組間用無沖突方式（固定時(shí)隙），組內(nèi)用競爭方式組間用無沖突方式（固定時(shí)隙），組內(nèi)用競爭方式 輕載時(shí)，增加輕載時(shí)，增加 減少減少 重載時(shí)，增加重載時(shí)，增加 減少減少 組的數(shù)量組的數(shù)量組內(nèi)成員數(shù)

43、量組內(nèi)成員數(shù)量 組的數(shù)量組的數(shù)量組內(nèi)成員數(shù)量組內(nèi)成員數(shù)量 53 l自適應(yīng)樹搜索協(xié)議利用樹來分組自適應(yīng)樹搜索協(xié)議利用樹來分組 快速定位有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的站快速定位有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的站 54 l應(yīng)用環(huán)境應(yīng)用環(huán)境 無源光柱共享信道無源光柱共享信道 接收器接收器 發(fā)送器發(fā)送器 55 l波分波分 利用不同的波長作為不同的信道（類似利用不同的波長作為不同的信道（類似FDM） 每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有各自的發(fā)送信道、接收信道每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有各自的發(fā)送信道、接收信道 一個(gè)波長一個(gè)波長固定固定的的接收接收端，收控制信息端，收控制信息 一個(gè)波長一個(gè)波長可調(diào)可調(diào)的的發(fā)送發(fā)送端，發(fā)控制信息端，發(fā)控制信息 一個(gè)波長一個(gè)波長固定固定的的發(fā)送

44、發(fā)送端，發(fā)送數(shù)據(jù)端，發(fā)送數(shù)據(jù) 一個(gè)波長一個(gè)波長可調(diào)可調(diào)的的接收接收端，接收數(shù)據(jù)端，接收數(shù)據(jù) 控制控制 數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收 控制控制 數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送 波長固定波長固定 波長可調(diào)波長可調(diào) 56 57 l協(xié)議過程協(xié)議過程 A向向B發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) B在數(shù)據(jù)信道定期發(fā)送信道狀態(tài)信息（控制信道、數(shù)在數(shù)據(jù)信道定期發(fā)送信道狀態(tài)信息（控制信道、數(shù) 據(jù)信道何時(shí)空閑）據(jù)信道何時(shí)空閑） A調(diào)整接收數(shù)據(jù)信道，監(jiān)聽調(diào)整接收數(shù)據(jù)信道，監(jiān)聽B的狀態(tài)通告的狀態(tài)通告 A調(diào)整發(fā)送控制信息的波長，向調(diào)整發(fā)送控制信息的波長，向B發(fā)出請求信息：發(fā)出請求信息：“ 請?jiān)谀硶r(shí)接收我發(fā)送的數(shù)據(jù)請?jiān)谀硶r(shí)接收我發(fā)送的數(shù)據(jù)” B接受請求后，在議定的

45、時(shí)候?qū)⒔邮諗?shù)據(jù)波長調(diào)整與接受請求后，在議定的時(shí)候?qū)⒔邮諗?shù)據(jù)波長調(diào)整與 A的數(shù)據(jù)發(fā)送波長一致，接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送波長一致，接收數(shù)據(jù) 58 59 l小結(jié)小結(jié) 波分復(fù)用與純廣播式通信不同，各節(jié)點(diǎn)有自己的信道波分復(fù)用與純廣播式通信不同，各節(jié)點(diǎn)有自己的信道 與與FDM方式的信道固定分配不同，帶有動(dòng)態(tài)分配的思方式的信道固定分配不同，帶有動(dòng)態(tài)分配的思 想，具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用的特點(diǎn)，信道利用率高想，具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用的特點(diǎn)，信道利用率高 數(shù)據(jù)發(fā)送信道波長雖然固定，但并不限制只能將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送信道波長雖然固定，但并不限制只能將數(shù)據(jù) 發(fā)送給一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送給一個(gè)站點(diǎn) 當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)請求向一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，也會(huì)出當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)請

46、求向一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，也會(huì)出 現(xiàn)沖突現(xiàn)沖突 60 lGSM 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：集成、壓縮、糾錯(cuò)、加密數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：集成、壓縮、糾錯(cuò)、加密 數(shù)字信號(hào)：抗干擾、高數(shù)據(jù)傳輸速率、可再生數(shù)字信號(hào)：抗干擾、高數(shù)據(jù)傳輸速率、可再生 GSM的信道分配的信道分配 FDMTDM 靜態(tài)動(dòng)態(tài)分配靜態(tài)動(dòng)態(tài)分配 GSM的公共信道的公共信道 呼叫信道下行信道呼叫信道下行信道 隨機(jī)訪問信道上行信道隨機(jī)訪問信道上行信道 存在多路訪問沖突問題，用存在多路訪問沖突問題，用slotted ALOHA解決解決 訪問授權(quán)信道下行信道訪問授權(quán)信道下行信道 用于連接的建立用于連接的建立 61 lCDMA CDM

47、A既是一種編碼方式，也是一種信道分配方法。既是一種編碼方式，也是一種信道分配方法。 每一個(gè)擴(kuò)頻碼（偽碼）代表一個(gè)邏輯信道每一個(gè)擴(kuò)頻碼（偽碼）代表一個(gè)邏輯信道 擴(kuò)頻碼是一個(gè)比特序列，數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼是一個(gè)比特序列，數(shù)據(jù)1對應(yīng)為擴(kuò)頻碼，數(shù)據(jù)對應(yīng)為擴(kuò)頻碼，數(shù)據(jù)0對對 應(yīng)擴(kuò)頻碼的補(bǔ)碼應(yīng)擴(kuò)頻碼的補(bǔ)碼 擴(kuò)頻碼之間是正交的擴(kuò)頻碼之間是正交的 可同時(shí)發(fā)送多個(gè)擴(kuò)頻碼，信道利用率獲得提高。可同時(shí)發(fā)送多個(gè)擴(kuò)頻碼，信道利用率獲得提高。 受噪聲的影響，擴(kuò)頻碼的個(gè)數(shù)是有限的，擴(kuò)頻碼的分受噪聲的影響，擴(kuò)頻碼的個(gè)數(shù)是有限的，擴(kuò)頻碼的分 配方法將影響系統(tǒng)利用率配方法將影響系統(tǒng)利用率 數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼 01100110011 1001100

48、1100 62 l采用了采用了CSMA/CD技術(shù)的局域網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng) 范圍小、數(shù)傳速率高，共享介質(zhì)范圍小、數(shù)傳速率高，共享介質(zhì) 一根電纜連接所有的站點(diǎn)一根電纜連接所有的站點(diǎn) l背景背景 IEEE802委員會(huì)委員會(huì) IEEE802.3 MAC媒體訪問控制層 PHY物理層 LLC邏輯鏈路控制層 高層 63 l接口接口 BNC同軸電纜接口同軸電纜接口 RJ45雙絞線接口雙絞線接口 SC光纖接口光纖接口 64 l曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼 歸零歸零 較多跳變較多跳變 有違例編碼有違例編碼 效率較低效率較低 65 lMedia Access Control sub-layer 物理層 Init空閑 偵聽

49、發(fā)送后退 信道閑 以太幀以太幀 沖突 jam 信道忙 后退結(jié)束 Jam后 發(fā)送完成 過濾 以太幀以太幀 MII 封裝解封裝 IEEE802.3 介質(zhì)訪問介質(zhì)訪問 控制子層控制子層(MAC) MAC LLC 源地址、目的地址， 類型，待發(fā)數(shù)據(jù)塊 源地址、目的地址， 類型，數(shù)據(jù)塊 IEEE802.2 邏輯鏈路控邏輯鏈路控 制子層制子層(LLC) 66 l媒體訪問技術(shù)媒體訪問技術(shù)CSMA/CD 傳輸前偵聽載波傳輸前偵聽載波 信道空閑立即發(fā)送信道空閑立即發(fā)送 信道忙則一直偵聽，直到信道空閑，然后立即發(fā)送信道忙則一直偵聽，直到信道空閑，然后立即發(fā)送 發(fā)送過程中同時(shí)檢測沖突發(fā)送過程中同時(shí)檢測沖突 發(fā)現(xiàn)沖突

50、立即停止傳輸，并在隨機(jī)延時(shí)后嘗試發(fā)送發(fā)現(xiàn)沖突立即停止傳輸，并在隨機(jī)延時(shí)后嘗試發(fā)送 停止傳輸后，用二進(jìn)制指數(shù)回退算法計(jì)算延時(shí)停止傳輸后，用二進(jìn)制指數(shù)回退算法計(jì)算延時(shí) l一些重要的規(guī)定一些重要的規(guī)定 最小幀長最小幀長64字節(jié)，最大幀長字節(jié)，最大幀長1518字節(jié)字節(jié) 最多連續(xù)沖突次數(shù)：最多連續(xù)沖突次數(shù)：16次次 幀間間隔幀間間隔12字節(jié)字節(jié) 67 l以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu) 地址域，指明發(fā)送方 和接收方身份 類型/長度域，說 明數(shù)據(jù)域的類型或 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)域，該幀傳遞的 數(shù)據(jù)單元 校驗(yàn)域，檢查該幀 是否出錯(cuò)(物理層 處理) 前導(dǎo)碼前導(dǎo)碼 用于同 步的01 序列 ifs ifsifs preambl

51、e preamblepreamble ifs(inter-frame space)=至少至少12字節(jié)信號(hào)長度字節(jié)信號(hào)長度 Preamble(前導(dǎo)碼前導(dǎo)碼)=8字節(jié)字節(jié)01序列序列 68 l目的地址：目的地址：6字節(jié)，包括字節(jié)，包括3種形式種形式 廣播地址：代表全體站點(diǎn)廣播地址：代表全體站點(diǎn)(只能作目的地址使用只能作目的地址使用) 單播地址：代表個(gè)別站點(diǎn)單播地址：代表個(gè)別站點(diǎn)(可作源和目的地址可作源和目的地址) 多播地址：代表一組站點(diǎn)多播地址：代表一組站點(diǎn)(只能作目的地址使用只能作目的地址使用) l第一字節(jié)，最低位第一字節(jié)，最低位 為為0表示單播地址表示單播地址 0 x 00 90 0A 27

52、0B 0C 為為1表示多播地址表示多播地址 0 x 01 00 5E 73 0C 01 l全部為全部為1表示廣播地址表示廣播地址 0 x FF FF FF FF FF FF 69 l類型類型/長度字段（長度字段（2字節(jié)）字節(jié)） 01500保留為長度域值，保留為長度域值，153665535保留為類型保留為類型 域值域值(0 x06000 xFFFF) 小于等于小于等于1500表示數(shù)據(jù)域的字節(jié)長度表示數(shù)據(jù)域的字節(jié)長度 數(shù)據(jù)內(nèi)容是變長的，最大為數(shù)據(jù)內(nèi)容是變長的，最大為1500 大于等于大于等于1536則表示幀類型數(shù)據(jù)域封裝的協(xié)議類型則表示幀類型數(shù)據(jù)域封裝的協(xié)議類型 0 x800：表示數(shù)據(jù)內(nèi)容是：表示

53、數(shù)據(jù)內(nèi)容是IP分組分組 0 x806：ARP分組分組 實(shí)現(xiàn)兩種格式的統(tǒng)一。實(shí)現(xiàn)兩種格式的統(tǒng)一。Type的其它定義見的其它定義見RFC1700 目的地址目的地址 源地址源地址0 x800IP分組分組 70 l幀校驗(yàn)字段幀校驗(yàn)字段 32位位CRC校驗(yàn)校驗(yàn) MAC層發(fā)現(xiàn)幀錯(cuò)誤后，僅向上層報(bào)告而不進(jìn)行差錯(cuò)層發(fā)現(xiàn)幀錯(cuò)誤后，僅向上層報(bào)告而不進(jìn)行差錯(cuò) 控制控制 lLLC子層應(yīng)用現(xiàn)狀子層應(yīng)用現(xiàn)狀 目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(例如例如IP協(xié)議協(xié)議)拋開了拋開了LLC子層，子層， 直接通過直接通過MAC實(shí)現(xiàn)與其它站點(diǎn)通信實(shí)現(xiàn)與其它站點(diǎn)通信 Phy MAC 71 l數(shù)傳速率為數(shù)傳速率為100Mbps的以太

54、網(wǎng)的以太網(wǎng) 802.3u 與與10Mbps的以太網(wǎng)兼容的以太網(wǎng)兼容10/100M自適應(yīng)自適應(yīng) 電纜：電纜：5類雙絞線類雙絞線 接口：接口：RJ45 編碼：編碼：8B/6T（3類類UTP）、）、4B/5B（5類類UTP） MAC層：層：CSMA/CD（半雙工（半雙工-集線器）集線器） 全雙工（交換式）下不用全雙工（交換式）下不用 72 l數(shù)傳速率為數(shù)傳速率為1000Mbps的以太網(wǎng)的以太網(wǎng) 802.3z，802.3ab等等 “電電”纜：纜： 802.3z光纖，光纖，802.3ab雙絞線雙絞線 編碼：編碼：8B/10B MAC層：層：CSMA/CD（半雙工（半雙工-集線器）集線器） 全雙工（交換式

55、）下不用全雙工（交換式）下不用 幀擴(kuò)充（載荷擴(kuò)充）技術(shù)，將小于幀擴(kuò)充（載荷擴(kuò)充）技術(shù)，將小于64字節(jié)的幀擴(kuò)充到字節(jié)的幀擴(kuò)充到 512字節(jié)發(fā)送字節(jié)發(fā)送 幀突發(fā)（幀串）技術(shù)，一次可連續(xù)發(fā)送多個(gè)小于幀突發(fā)（幀串）技術(shù)，一次可連續(xù)發(fā)送多個(gè)小于512字字 節(jié)的幀，直到節(jié)的幀，直到8K字節(jié)字節(jié) 73 l共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng) 一根電纜一根電纜(或或HUB)連接所有的站點(diǎn)連接所有的站點(diǎn) 站點(diǎn)采用站點(diǎn)采用CSMA/CD競爭信道競爭信道 HUB模擬共享信道 HUB 74 l交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng) 交換機(jī)端口與站點(diǎn)采用全雙工通信，每個(gè)端口只接一交換機(jī)端口與站點(diǎn)采用全雙工通信，每個(gè)端口只接一 臺(tái)計(jì)算機(jī)臺(tái)計(jì)算機(jī)

56、共享緩沖區(qū)、交換矩陣、共享緩沖區(qū)、交換矩陣、CrossBar等等 在端口間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀在端口間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀 所有端口并行工作所有端口并行工作 沒有信道競爭，關(guān)閉了沒有信道競爭，關(guān)閉了CSMA/CD MAC MAC MAC MAC 幀緩沖區(qū) 轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā) 根據(jù)目的MAC向 相應(yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)幀 以太網(wǎng)交換機(jī) 75 l協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.11系列協(xié)議系列協(xié)議 11b 11g 11a 11n 11i l無線的無線的“以太網(wǎng)以太網(wǎng)” 希望像以太網(wǎng)那樣普及、方便、易用希望像以太網(wǎng)那樣普及、方便、易用 MAC技術(shù)技術(shù) CSMA/CA 76 l物理層物理層 802.11b11Mbps 802.11g54Mb

57、ps 802.11a54Mbps 802.11n將超過將超過100Mbps l其他其他 802.11eQos，提高可靠性，提高可靠性 802.11f站點(diǎn)在站點(diǎn)在AP間的間的“漫游漫游” 802.11p在車?yán)锖蛙囕v之間實(shí)現(xiàn)在車?yán)锖蛙囕v之間實(shí)現(xiàn)WLAN 802.11sAP之間用無線形成多跳網(wǎng)之間用無線形成多跳網(wǎng) 77 l對等結(jié)構(gòu)無中心結(jié)構(gòu)對等結(jié)構(gòu)無中心結(jié)構(gòu) l基礎(chǔ)架構(gòu)有中心結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)架構(gòu)有中心結(jié)構(gòu)(AP Access Point) 78 l紅外線紅外線IR 1Mbps或或2Mbps的數(shù)傳速率的數(shù)傳速率 光波長：光波長：850nm 沒有穿越性，較少使用沒有穿越性，較少使用 l跳頻擴(kuò)頻跳頻擴(kuò)頻FHSS

58、2Mbps 2.4GHz 抗干擾性好抗干擾性好 較少使用較少使用 不同時(shí)隙工作在不同頻率上不同時(shí)隙工作在不同頻率上 79 l直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻DSSS 2Mbps、11Mbps，2.4GHz 類似類似CDMA 應(yīng)用較為廣泛應(yīng)用較為廣泛 l正交頻分多路復(fù)用正交頻分多路復(fù)用OFDM 54Mbps，2.4GHz、5GHz 分割子頻率分割子頻率 復(fù)雜的編碼技術(shù)復(fù)雜的編碼技術(shù) 80 l操作模式操作模式 DCF與與PCF，DCF是對是對CSMA技術(shù)的繼承更常用技術(shù)的繼承更常用 lCSMA/CA技術(shù)技術(shù) 載波偵聽多路訪問載波偵聽多路訪問/沖突避免沖突避免 邏輯載波偵聽邏輯載波偵聽 根據(jù)偵長度字段判斷信

59、道空閑的時(shí)刻根據(jù)偵長度字段判斷信道空閑的時(shí)刻 RTS/CTS技術(shù)避免沖突技術(shù)避免沖突 81 82 83 l幀控制中含有幀類型幀控制中含有幀類型 管理幀、控制幀（管理幀、控制幀（RTS、CTS）、數(shù)據(jù)幀）、數(shù)據(jù)幀 比以太網(wǎng)復(fù)雜比以太網(wǎng)復(fù)雜 地址字段：四地址結(jié)構(gòu)地址字段：四地址結(jié)構(gòu) 根據(jù)不同組網(wǎng)模式分別使用：根據(jù)不同組網(wǎng)模式分別使用：2地址、地址、3地址、地址、4地址地址 未用的地址域從幀中去除未用的地址域從幀中去除 84 lBSS：Basic Service Set 基本服務(wù)模式基本服務(wù)模式 （3地址幀結(jié)構(gòu)）地址幀結(jié)構(gòu)） 有中心結(jié)構(gòu)，有中心結(jié)構(gòu)，AP (Access Point) 無線站點(diǎn)間不直

60、接通信，而是通過無線站點(diǎn)間不直接通信，而是通過AP的中繼實(shí)現(xiàn)的中繼實(shí)現(xiàn) 無線站點(diǎn)通過無線站點(diǎn)通過AP實(shí)現(xiàn)與有線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)與有線網(wǎng)絡(luò)通信 A D S Data A D S Data DS Data S D D ADS Data A 站點(diǎn)站點(diǎn)S：指明目的站、關(guān)聯(lián)的：指明目的站、關(guān)聯(lián)的AP 站點(diǎn)站點(diǎn)D：獲知源站、發(fā)送的：獲知源站、發(fā)送的AP 85 A lAP周期性發(fā)送信標(biāo)周期性發(fā)送信標(biāo)(Beacon) 供無線站點(diǎn)識(shí)別和實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)供無線站點(diǎn)識(shí)別和實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián) l關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)(Association) 無線站點(diǎn)關(guān)聯(lián)到指定的無線站點(diǎn)關(guān)聯(lián)到指定的AP 通信的數(shù)據(jù)收發(fā)都通過關(guān)聯(lián)的通信的數(shù)據(jù)收發(fā)都通過關(guān)聯(lián)的AP中繼實(shí)現(xiàn)