1、1 背景背景2 共享介质的信道分配共享介质的信道分配3 共享信道动态访问技术共享信道动态访问技术4 以太网以太网5 无线局域网无线局域网6 网桥网桥1l计算机网络分为两类计算机网络分为两类点到点信道的网络（点到点网络）点到点信道的网络（点到点网络）共享信道的网络（广播式网络）共享信道的网络（广播式网络）l广播信道也称为：广播信道也称为：多路访问信道或随机访问信道多路访问信道或随机访问信道l广播信道网络的特点广播信道网络的特点所有站点共享同一信道所有站点共享同一信道一个站发送的数据将传遍整个网络一个站发送的数据将传遍整个网络同时发送会产生冲突同时发送会产生冲突需要某种信道访问机制需要某种信道访问
2、机制介质访问子层研究的问题介质访问子层研究的问题2频率fl典型的广播信道网络典型的广播信道网络卫星网络卫星网络无线广域网（无线广域网（GSM、GPRS、WCDMA等）等）无线局域网无线局域网WLAN（802.11）有线局域网有线局域网共享式以太网，令牌环网共享式以太网，令牌环网光纤网络光纤网络l广播信道网络面临和需要解决的问题广播信道网络面临和需要解决的问题如何识别不同的站点如何识别不同的站点站点何时如何使用信道站点何时如何使用信道信道访问与分配问题信道访问与分配问题l上述问题由上述问题由MAC子层协议解决（子层协议解决（OSI参考模型）参考模型）介质访问子层（介质访问子层（medium ac
3、cess control）3l多路复用：多路复用：Multiplex（信号）（信号）多个通信复用到一个信道上多个通信复用到一个信道上TDM、FDM通过划分子信道，实现多个一对一的通信通过划分子信道，实现多个一对一的通信l多路（多址）访问：多路（多址）访问：Multi-Access（用户）（用户）在一个信道上，实现多个站点间通信，一对多的通信在一个信道上，实现多个站点间通信，一对多的通信TDMA，时分多路访问，时分多路访问，TDM的联网通信方式的联网通信方式FDMA，频分多路访问，频分多路访问，FDM的联网通信方式的联网通信方式CDMA，码分多路访问，码分多路访问WDMA，波分多路访问，波分多路
4、访问CSMA，载波侦听多路访问，载波侦听多路访问4l静态分配（无竞争）静态分配（无竞争）频分多路访问频分多路访问FDMA（各站使用独立频段传输）（各站使用独立频段传输）需要考虑频段间隔，以免相互干扰需要考虑频段间隔，以免相互干扰用户速率受限用户速率受限时分多路访问时分多路访问TDMA（各站使用独立时间段传输）（各站使用独立时间段传输）需要考虑时间段（时隙）独立，以免干扰需要考虑时间段（时隙）独立，以免干扰用户接入时延较大用户接入时延较大静态分配方式简单可靠，但信道利用率低，不适应突静态分配方式简单可靠，但信道利用率低，不适应突发的数据传送和用户数量变化的情况。发的数据传送和用户数量变化的情况。
5、5l动态分配动态分配不固定为每个站点分配信道不固定为每个站点分配信道需要时才分配或占用，空闲时可由其它站点使用需要时才分配或占用，空闲时可由其它站点使用动态分配需要考虑的要素动态分配需要考虑的要素如何发送如何发送任意，想发就发；得到许可再发送发送前是否侦听载波：盲目 或 等待信道空闲如何接收如何接收地址识别；是否检测冲突冲突怎样解决冲突怎样解决不使冲突出现减少冲突减少冲突影响6STOPNOYESCollisionl动态分配的方式动态分配的方式集中仲裁的动态分配（需要管理站）集中仲裁的动态分配（需要管理站）向管理站预约：需要时申请，许可后发送数据（举手的向管理站预约：需要时申请，许可后发送数据（
6、举手的方式）方式）申请时可能冲突，许可后发送无冲突由管理站轮询由管理站轮询 (点名的方式点名的方式)单播轮询方式：依次询问每个站，有数据发的站点发送，无冲突组播或广播轮询：可能有冲突分布仲裁的动态分配（无需管理站）分布仲裁的动态分配（无需管理站）允许竞争存在，尽量避免或减少冲突允许竞争存在，尽量避免或减少冲突减少冲突的措施：发前侦听信道，检测冲突，冲突后随减少冲突的措施：发前侦听信道，检测冲突，冲突后随机后退等机后退等令牌控制信道的使用令牌控制信道的使用只有得到令牌的站，才能发送数据（无冲突方式）只有得到令牌的站，才能发送数据（无冲突方式）7l算法优点算法优点信道利用率高信道利用率高其它站点不
7、发送时，可占用更多的信道资源其它站点不发送时，可占用更多的信道资源联网通信方式简单联网通信方式简单不需要进行信道划分（随机信道）不需要进行信道划分（随机信道）站点数可变站点数可变发，或者不发发，或者不发(不存在子信道带来的复杂问题不存在子信道带来的复杂问题)适合于计算机间的组网通信（范围有限）适合于计算机间的组网通信（范围有限）通信的对象可变通信的对象可变通信的数据量可变，通信能力强通信的数据量可变，通信能力强站点可自由上下网站点可自由上下网l最大问题最大问题如何最大限度避免出现发送冲突如何最大限度避免出现发送冲突83.1随机竞争访问信道随机竞争访问信道节点随机抢占信道，节点随机抢占信道，AL
8、OHA、CSMA等等允许冲突存在允许冲突存在3.2 无冲突访问信道（有序访问）无冲突访问信道（有序访问）控制节点访问信道次序，位图、令牌等控制节点访问信道次序，位图、令牌等无冲突无冲突3.3 有限竞争访问信道有限竞争访问信道结合竞争方式和无冲突方式结合竞争方式和无冲突方式轻负载时，使用竞争方式轻负载时，使用竞争方式重负载时，使用无冲突方式重负载时，使用无冲突方式93.4 波分多路访问波分多路访问站点配置站点配置工作方式工作方式3.5 蜂窝网络蜂窝网络随机竞争随机竞争按需分配按需分配10竞争访问协议竞争访问协议l纯纯ALOHA协议协议各站想发就发，碰撞随时可能发生各站想发就发，碰撞随时可能发生l
9、时槽时槽ALOHA协议协议规定统一发送时刻，碰撞时帧完全重叠规定统一发送时刻，碰撞时帧完全重叠lCSMA协议协议发前侦听信道，忙则随机后退发前侦听信道，忙则随机后退有三种策略：有三种策略：0坚持、坚持、1坚持和坚持和P坚持坚持lCSMA/CD发前侦听信道，发送时同时检测信道发前侦听信道，发送时同时检测信道检测到冲突立即停发，释放信道检测到冲突立即停发，释放信道lCSMA/CA：WLAN的的MAC协议协议发前不听不看，冲突严重虽发前侦听信道，但冲突一旦发生不能立即停下，资源浪费冲突立即释放信道，提高信道利用率11l假设有假设有N个站点，每个站点随时都有数据帧可发。为分析方个站点，每个站点随时都有
10、数据帧可发。为分析方便，假定：便，假定：所有数据帧长度相同所有数据帧长度相同(L bits)，信道速率为，信道速率为R(bits/s)每个数据帧持续时间为每个数据帧持续时间为T=L/R，（帧时），（帧时）信道帧速率为信道帧速率为C=1/T = R/L123C单位时间单位时间=CT123g成功帧数成功帧数s总帧数总帧数g站点通信模型：站点通信模型：-N个站点按某种通信规则发送数据帧。个站点按某种通信规则发送数据帧。-数据帧在信道上可能出现重叠数据帧在信道上可能出现重叠(冲突冲突)-只有未被冲突的帧才能成功传输只有未被冲突的帧才能成功传输三个重要分析参数：三个重要分析参数： C：信道帧速率，单位时
11、间内最大传输帧数：信道帧速率，单位时间内最大传输帧数 g：信道负载，单位时间内所有站点传输帧总数：信道负载，单位时间内所有站点传输帧总数 s: 有效传输，单位时间内成功传输帧总数有效传输，单位时间内成功传输帧总数12lG = g/C 信道负载率，信源帧速率信道负载率，信源帧速率数据帧总传输速率与信道帧速率之比数据帧总传输速率与信道帧速率之比也可理解为：也可理解为： 帧帧数量数量/帧帧时时, G = g/C = gT 0 G 1时，表明信道已达到满负荷时，表明信道已达到满负荷G最大可达最大可达N(站点数站点数)，表示每个站点都以信道帧速率发送，表示每个站点都以信道帧速率发送lS = s/C 信道
12、吞吐率，信道利用率信道吞吐率，信道利用率成功帧速率占信道帧速率的比例成功帧速率占信道帧速率的比例0 S 1123C单位时间单位时间=CT123g成功帧数成功帧数s总帧数总帧数g13l竞争模型竞争模型N个独立工作的站点，随机地发送数据帧个独立工作的站点，随机地发送数据帧进入信道的帧速率是一个随机过程进入信道的帧速率是一个随机过程(设均值为设均值为G)某个帧成功传输的条件某个帧成功传输的条件(不考虑误码不考虑误码)没有与其它帧在时间上有重叠没有与其它帧在时间上有重叠进入信道(帧速率G)成功传输出信道（吞吐率S）冲突的帧（消失在信道上)显然：SG14l帧速率（信道负载率）的概率分布帧速率（信道负载率
13、）的概率分布在任意一个帧时在任意一个帧时T(帧长度帧长度/信道速率信道速率)内，生成内，生成k个帧的个帧的概率服从泊松分布概率服从泊松分布其中其中G为平均帧速率（帧为平均帧速率（帧/帧时）帧时）典型值：典型值：T内生成内生成0帧的概率为：帧的概率为：pT(0)=e-GT内生成内生成1帧的概率为：帧的概率为：pT(1)=Ge-G2T内生成内生成0帧的概率为：帧的概率为：p2T(0)=e-2G( )!kGTG eP kk15l背景知识：泊松背景知识：泊松(Poisson)分布分布无穷多个独立工作站点随机生成无穷多个独立工作站点随机生成(发送发送)帧的概率分布帧的概率分布设有一小的时间间隔设有一小的
14、时间间隔dt，若，若在在dt内生成一帧的概率为内生成一帧的概率为dt(dt1)当当dt足够小时，生成多于足够小时，生成多于1帧的概率可忽略不计帧的概率可忽略不计在各不重叠的时间间隔，生成的帧数是独立的随机变量在各不重叠的时间间隔，生成的帧数是独立的随机变量概率结构与时间位置无关概率结构与时间位置无关则可推出在则可推出在t时间内生成时间内生成n个帧的概率为个帧的概率为均值为均值为方差为方差为!)(),(nettnptnttnp),(E(ttnpD),( 为帧的平均生成速率为帧的平均生成速率( (研究表明：当站点数超过研究表明：当站点数超过2020个时个时, ,其生成帧的概率分布已非常接近其生成帧
15、的概率分布已非常接近泊松分布）泊松分布）16l竞争模型的性能特性竞争模型的性能特性吞吐率吞吐率S与帧速率与帧速率G的关系：的关系：S=GP0（P0成功传输概率）成功传输概率）帧的数量少冲突概率小传输成功率高吞吐率升高帧的数量少冲突概率小传输成功率高吞吐率升高帧的数量多冲突概率大传输成功率低吞吐率降低帧的数量多冲突概率大传输成功率低吞吐率降低帧速率小帧速率适中帧速率过大G(帧速率)S(吞吐率)G小G适中G过大G小：吞吐率随帧速率的增加而增加(成功传输的帧增多)G过大：吞吐率随帧速率的增加反而下降(更多的冲突)理想情况1117l工作原理工作原理站点只要有数据就可以直接占用信道，启动发送站点只要有数
16、据就可以直接占用信道，启动发送不考虑与别的站点是否冲突的无序竞争，不考虑与别的站点是否冲突的无序竞争，“想发就发想发就发”帧速率较大时，冲突会急剧上升帧速率较大时，冲突会急剧上升G越大越大帧越多帧越多冲突越严重冲突越严重l何种帧速率适合何种帧速率适合Pure ALOHAPure ALOHA所能达到的吞吐率所能达到的吞吐率GN70年代，夏威夷大学为了用无线电将分散在各个岛屿的计算机连接起来，Norman Abramson等人设计了一种巧妙地解决信道分配问题的新算法，称为ALOHA（or pure ALOHA)。该协议开创了通信介质共享领域的新时代18l为简单起见，假定所有站点发送的帧是等长的，占
17、为简单起见，假定所有站点发送的帧是等长的，占用信道的时间为用信道的时间为T（帧时）（帧时）l设某个站点在设某个站点在t时刻发送一个帧，该帧成功发送的条时刻发送一个帧，该帧成功发送的条件是：件是：在在t-Tt+T的的2T间隔内没有其它站点发送间隔内没有其它站点发送(如图所示如图所示)即成功发送概率即成功发送概率P0(根据帧速率的泊松分布根据帧速率的泊松分布)为为P0=P2T内无帧产生=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2tt+Tt -T站N19l性能描述性能描述当帧速率当帧速率G小于信道容量的小于信道容量的 50%时，发送帧
18、产生的冲突较时，发送帧产生的冲突较少，吞吐率随帧速率而增加少，吞吐率随帧速率而增加当帧速率当帧速率G大于信道容量的大于信道容量的 50%后，发送帧产生的冲突急后，发送帧产生的冲突急剧上升，吞吐率下降剧上升，吞吐率下降Pure ALOHA的最佳性能出现在的最佳性能出现在G=0.5，S=1/2e=0.184（吞吐率为信道容量的吞吐率为信道容量的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)低的原因是站点的无序竞争低的原因是站点的无序竞争帧发送成功率帧发送成功率成功发送帧数成功发送帧数/总共传输帧总共传输帧20l减轻减轻Pure ALOHA的无序竞争，改进其性能的无序竞争，
19、改进其性能l改进方法改进方法将信道划分成长度为将信道划分成长度为T的时隙，站点只能在时隙开始位的时隙，站点只能在时隙开始位置发送帧置发送帧没有冲突、或完全冲突，减少冲突帧的持续时间没有冲突、或完全冲突，减少冲突帧的持续时间改进的代价是所有站点实现时隙的同步改进的代价是所有站点实现时隙的同步(增加了实现难度增加了实现难度)谁负责时隙管理，管理者出故障怎么办等改进后，性能提高多少？改进后，性能提高多少？21l性能描述性能描述某站点某站点t时刻成功发送一个帧的概率时刻成功发送一个帧的概率P0 = T内没有新帧产生内没有新帧产生 = pT(0) = e-GSlot ALOHA吞吐率为吞吐率为S=GP0
20、=Ge-G 或或 S = pT(1) = Ge-G最大吞吐率最大吞吐率Smax=Ge-G|G=1=1/e=0.368Pure ALOHA的的2倍倍帧丢失率帧丢失率?Slot-alohaPure-aloha22l假设站点可以假设站点可以“听听”到信道上是否有站点在发送到信道上是否有站点在发送准备发送时，若准备发送时，若“听到听到”信道上有站点发送，就推迟发信道上有站点发送，就推迟发送，直到信道送，直到信道“空闲空闲”为止，再启动发送，从而主动避为止，再启动发送，从而主动避免了冲突。免了冲突。Carrier Sense Multi-Access (CSMA)若有两个以上站点都在等，一旦信道空闲就会
21、同时发送若有两个以上站点都在等，一旦信道空闲就会同时发送而冲突。因此，需要错开各站点启动发送的时间。而冲突。因此，需要错开各站点启动发送的时间。如果有多个站点在如果有多个站点在T内产生了新帧，内产生了新帧，必然在此处开始冲突。必然在此处开始冲突。在在G比较小时，冲突概率才会小比较小时，冲突概率才会小T站点站点s准备发送准备发送开始发送开始发送推迟推迟预防多个站点在预防多个站点在T内产生新帧，继续内产生新帧，继续后退一个随机长度的时间后，再后退一个随机长度的时间后，再“听听”信道，若信道闲才发送。信道，若信道闲才发送。在在G比较小时，可能是多余的后退比较小时，可能是多余的后退或者发送或者发送(概
22、率概率p)，或者后退，或者后退(随机时随机时间长度间长度)后再后再“听信道听信道”通过调整通过调整p来配合来配合G的大小的大小站点站点s准备发送准备发送开始发送开始发送推迟推迟随机随机后退后退站点站点s准备发送准备发送开始发送开始发送推迟推迟随机随机后退后退23l发送策略发送策略1坚持坚持CSMA：等待信道闲后立即发送：等待信道闲后立即发送(p=1)0坚持坚持CSMA：等待信道闲后再等待一段随机长度：等待信道闲后再等待一段随机长度(p=0)p坚持坚持CSMA：等待信道闲后可能发送：等待信道闲后可能发送(概率概率p)，可能随机，可能随机后退后退(概率概率1-p)随机后退情况下，都需要重新侦听信道
23、随机后退情况下，都需要重新侦听信道信道上的传播延时会对站点的载波侦听带来不利影响信道上的传播延时会对站点的载波侦听带来不利影响随机后退随机后退24信道空闲信道空闲A侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据信号到达信号到达B处处B侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送25A信号传播延时lCSMA降低了冲突概率降低了冲突概率因为信号传播延时是很短的以因为信号传播延时是很短的以2/3光速传播光速传播26信道忙否否侦听是是信道闲信道闲准备发送完成发送发送准备发送信道忙否否侦听完成是是信道闲信道闲发送发送后退时间到时间到信道忙否否侦听完成是是信道闲信道闲发送发送后退时间到时间到RpR=rand()是是
24、准备发送1坚持坚持CSMA0坚持坚持CSMAp坚持坚持CSMA27l信道闲后，启动发送的概率信道闲后，启动发送的概率p=1l准备发送：侦听信道准备发送：侦听信道若信道闲，启动发送若信道闲，启动发送否则，持续侦听信道直到信道闲，启动发送否则，持续侦听信道直到信道闲，启动发送l前一发送完成，后面很容易产生冲突前一发送完成，后面很容易产生冲突下一帧不冲突的概率下一帧不冲突的概率 p=PT(0)+PT(1)=e-G+Ge-G=(1+G)e-G站A站B站C站D侦听侦听侦听侦听信道忙否否侦听是是信道闲信道闲准备发送完成发送发送1坚持坚持CSMA28l信道闲后，启动发送的概率信道闲后，启动发送的概率(p=0
25、)再等待一段时间后决定是否发再等待一段时间后决定是否发l准备发送：侦听信道准备发送：侦听信道若信道闲，启动发送若信道闲，启动发送否则，等到信道闲，再等待一随机时间否则，等到信道闲，再等待一随机时间后在尝试发送后在尝试发送l降低多个站同时侦听信道时可能出现降低多个站同时侦听信道时可能出现的冲突的冲突站A站B站C站D随机延时后侦听随机延时后侦听侦听侦听随机延时后侦听随机延时后侦听准备发送信道忙否否侦听完成是是信道闲信道闲发送发送后退时间到时间到0坚持坚持CSMA29l信道闲后，启动发送的概率为信道闲后，启动发送的概率为pl准备发送：侦听信道准备发送：侦听信道若信道闲，启动发送若信道闲，启动发送否则
26、，等到信道闲，以概率否则，等到信道闲，以概率p启动发送，以概率启动发送，以概率1-p继续等待继续等待l降低多个站同时侦听信道时可能出现的冲突降低多个站同时侦听信道时可能出现的冲突最佳方案：最佳方案：调整概率调整概率p，使得发送的站点数，使得发送的站点数=1站A站B站C站DA计算概率为可以发送计算概率为可以发送D计算概率为不能发送计算概率为不能发送侦听侦听侦听侦听延时后侦听延时后侦听信道忙否否侦听完成是是信道闲信道闲发送发送后退时间到时间到R1情况时，如果情况时，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情况，由于堆积在站点上等待发送的帧太多，进入信道的情
27、况，由于堆积在站点上等待发送的帧太多，进入信道的G也降也降不下来，网络恢复正常通信需要很长时间，或者无法恢复正常不下来，网络恢复正常通信需要很长时间，或者无法恢复正常因此，过载情况下因此，过载情况下(G1)仍能有较高的仍能有较高的S，是网络抗过载能力强的体，是网络抗过载能力强的体现现l抗过载能力抗过载能力0坚持坚持CSMA具有最强的抗过载能力具有最强的抗过载能力Slot-aloha与与1坚持坚持CSMA在在G4时的抗过载能力相当时的抗过载能力相当t流量流量信道容量信道容量GS1S232l随机后退随机后退各个站点选择的后退时间是随机、各不相同各个站点选择的后退时间是随机、各不相同后退后重新后退后
28、重新“侦听侦听”信道，若发现信道，若发现“忙忙”，只有再后，只有再后退！退！最坏情况：一直都在后退，站点的帧总发送不出去最坏情况：一直都在后退，站点的帧总发送不出去因此，要规定后退次数上限，后退达到上限放弃发送该因此，要规定后退次数上限，后退达到上限放弃发送该帧帧l发送概率发送概率p，例，例取随机数取随机数(0-100),小于小于5就发送就发送(p=0.05) 选择随机变量选择随机变量x01后退时间后退时间=x* 33l信道有长度，信号有限传播速度信道有长度，信号有限传播速度(v300/3*108=1us3Km信道， 10us30Km信道， 100us100Mbps信道：信道：100us*10
29、0*106 = 10000bits34l连续后退问题连续后退问题若连续多次都发现信道忙，说明信道确实很忙，应该若连续多次都发现信道忙，说明信道确实很忙，应该加大后退长度加大后退长度让站点在让站点在1.W区间内随机选择一个后退值区间内随机选择一个后退值W称为后退窗口，后退时间单位称为后退窗口，后退时间单位= l二进制指数后退算法二进制指数后退算法若节点在第若节点在第k次准备发送时，仍发现信道忙，则次准备发送时，仍发现信道忙，则W=2k站点在站点在1.W区间中随机选择一个后退值区间中随机选择一个后退值N后退时间后退时间T = N* 若若k达到规定值达到规定值(如如15)，则放弃发送该帧，转而发送下
30、，则放弃发送该帧，转而发送下一帧一帧35l载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测改进改进CSMA性能性能CSMA仍有少量冲突存在，继续发送，浪费信道资源仍有少量冲突存在，继续发送，浪费信道资源引入条件：发送后，如果能够发现冲突，就立即停止发送引入条件：发送后，如果能够发现冲突，就立即停止发送有线信道上：发送的信号能量与接收的信号能量相当有线信道上：发送的信号能量与接收的信号能量相当冲突检测冲突检测有线信道上，可以检测信号的能量，以发现是否冲突有线信道上，可以检测信号的能量，以发现是否冲突检测到冲突后，立即停止发送，让信道空闲检测到冲突后，立即停止发送，让信道空闲站站A A站站B B
31、站站C C成功发送成功发送36电平判断电平判断冲突信号相互叠加，总电平将超过额定值冲突信号相互叠加，总电平将超过额定值逻辑判断逻辑判断发送的数据与同时收回来的数据不一致发送的数据与同时收回来的数据不一致收收 发发冲突冲突信道信道37l最坏情况最坏情况站点站点A发送数据帧后在发送数据帧后在 - 时到达最远端的站点时到达最远端的站点B，而，而B恰恰好在此时开始发送。好在此时开始发送。 接近于接近于0，但不等于，但不等于0站点站点B马上可以检测到冲突马上可以检测到冲突站点站点A要再经过要再经过后，才可能检测到冲突后，才可能检测到冲突实际上，站点还需要用若干实际上，站点还需要用若干bit的来验证是否冲
32、突的来验证是否冲突l故：冲突检测时间故：冲突检测时间 2，即，即发送超过发送超过2时间后不需时间后不需要再检测冲突要再检测冲突38检测到冲突后立即停止传输，停止传输后，随机延迟检测到冲突后立即停止传输，停止传输后，随机延迟一段时间再尝试发送一段时间再尝试发送延迟时间以时间片为单位延迟时间以时间片为单位一个时间片一个时间片=最大冲突检测时间最大冲突检测时间(2 )随机延时算法截断二进制指数回退算法随机延时算法截断二进制指数回退算法最大重试次数最大重试次数attempt_limit，当，当attempts10时，退避时，退避窗口窗口W维持维持210不变不变r为计算的延时时间片为计算的延时时间片39
33、l无线局域网无线局域网所有站点工作在相同的无线信道上所有站点工作在相同的无线信道上无线信道构成一个空中共享总线无线信道构成一个空中共享总线l与有线网不同之处与有线网不同之处收发不能同时收发不能同时(无法实现无法实现CD)传输距离有限，（新冲突）传输距离有限，（新冲突）B不能检测到不能检测到A的载波，在的载波，在C处产生冲突处产生冲突B称为称为A的的“隐藏终端隐藏终端”发送发送40mW接收接收40mW*10-7发送时需要关闭接收发送时需要关闭接收机，否则泄漏来的信机，否则泄漏来的信号都会使接收机过载号都会使接收机过载ACB隐藏终端问题隐藏终端问题40l解决隐藏站点冲突解决隐藏站点冲突A欲向欲向B
34、发送数据，先发送发送数据，先发送RTS帧提醒帧提醒BB应答应答CTS，阻止在，阻止在B覆盖范围内的其他所有站点发覆盖范围内的其他所有站点发送数据（不包括送数据（不包括A）C收到收到CTS后，不向后，不向B发送数据而避免了冲突发送数据而避免了冲突（在（在B周围的所有站点中只有周围的所有站点中只有A能发送数据）能发送数据）RTSCTS41l“暴露终端暴露终端”问题问题在在A向向B发送报文的同时，发送报文的同时，C应该可以向应该可以向D发送报文发送报文C不会干扰不会干扰B的接收，的接收，A也不会干扰也不会干扰D的接收的接收但但C在在A的范围内，的范围内，A的发送抑制了的发送抑制了C的发送的发送C暴露
35、在暴露在A的范围中而被禁止发送的范围中而被禁止发送l解决暴露终端思路解决暴露终端思路C收不到收不到B的的CTS，证明不会干扰，证明不会干扰B的接收的接收设计节点的发送算法！设计节点的发送算法！AC暴露终端问题暴露终端问题BD42l解决暴露终端的方法解决暴露终端的方法C收不到收不到A发出的发出的CTS发送抑制帧发送抑制帧C可以在可以在B向向A发送数据的同时向发送数据的同时向D发送数据发送数据l新的问题新的问题RTS、CTS帧的冲突帧的冲突43l要求要求A发送时，发送时，A周围的站点侦听到载波，不会发送周围的站点侦听到载波，不会发送A发送数据到发送数据到C时，时，C的附近不能有其它站点发送（不的附
36、近不能有其它站点发送（不使使C的接收受到冲突）的接收受到冲突）lCSMA/CA工作方式工作方式A先向先向C发送发送“请求发送请求发送”短报文短报文:RTS(持续时间持续时间)C应答应答“允许发送允许发送”短报文短报文:CTS(持续时间持续时间)产生抑制周围站点发送的效果产生抑制周围站点发送的效果A收到收到CTS后发送数据帧后发送数据帧AC44l通信范围外，信道可重复使用，从而增大了信道通信范围外，信道可重复使用，从而增大了信道的利用效率的利用效率45l竞争访问信道面临的问题及解决方案竞争访问信道面临的问题及解决方案有冲突出现有冲突出现尽量减少冲突降低冲突概率尽量减少冲突降低冲突概率监听载波监听
37、载波随机后退随机后退P-坚持坚持尽量减小冲突带来影响减小冲突窗口尽量减小冲突带来影响减小冲突窗口分时槽分时槽监听载波监听载波冲突检测冲突检测减小冲突持续时间46l控制节点访问信道次序控制节点访问信道次序预定协议预定协议位图方法位图方法自定方式自定方式地址信息地址信息用特定信息指挥发送用特定信息指挥发送令牌令牌47l预定协议位图方法预定协议位图方法在信道访问前先申请（预定）信道，然后按序访问在信道访问前先申请（预定）信道，然后按序访问争用时隙的作用争用时隙的作用发送站在自己的争用时隙中置位发送站在自己的争用时隙中置位在争用时隙结束后，各发送站按顺序发送在争用时隙结束后，各发送站按顺序发送基本位图
38、：建立争用时隙与站点的映射基本位图：建立争用时隙与站点的映射48l自定方式自定方式不预定信道，而是利用站点自带的信息（地址）决定不预定信道，而是利用站点自带的信息（地址）决定使用信道的顺序使用信道的顺序二进制倒计数法二进制倒计数法各发送站发送自己的地址，同时监听自己发出的地址是各发送站发送自己的地址，同时监听自己发出的地址是否改变否改变地址发完后，没有发现地址改变的发送站继续发送数据地址发完后，没有发现地址改变的发送站继续发送数据49l二进制倒计数法二进制倒计数法 例例站站A、B、C、D地址分别为地址分别为0010、0100、1001、1010，假设四个站点同时希望发送，它们将自己的地址送出，
39、并假设四个站点同时希望发送，它们将自己的地址送出，并同时监听网络上的数据。同时监听网络上的数据。0 0 1 00 1 0 01 0 0 11 0 1 0ABCD发送顺序发送顺序先先后后00111 1 1 1D站可以发送数据站可以发送数据发送站中地址发送站中地址最高的可以发最高的可以发送数据送数据高地址站具有高地址站具有高优先级高优先级地址动态变化，地址动态变化，以保证公平性以保证公平性50l用特定信息指挥发送用特定信息指挥发送令牌环令牌环轮询方式轮询方式TCUSDACED令牌令牌TCUTCU主从从从从51l产生背景产生背景竞争协议与无冲突协议在轻载和重载下的不同特性竞争协议与无冲突协议在轻载和
40、重载下的不同特性各有优劣各有优劣轻载时，竞争协议具有低发送延时特性轻载时，竞争协议具有低发送延时特性重载时，无冲突协议具有高信道利用率的特性重载时，无冲突协议具有高信道利用率的特性优优52l分组分时隙法分组分时隙法分组：组数分组：组数N 组内成员数组内成员数M组间用无冲突方式（固定时隙），组内用竞争方式组间用无冲突方式（固定时隙），组内用竞争方式轻载时，增加轻载时，增加 减少减少 重载时，增加重载时，增加 减少减少组的数量组的数量组内成员数量组内成员数量组的数量组的数量组内成员数量组内成员数量53l自适应树搜索协议利用树来分组自适应树搜索协议利用树来分组快速定位有数据需要发送的站快速定位有数据
41、需要发送的站54l应用环境应用环境无源光柱共享信道无源光柱共享信道接收器接收器发送器发送器55l波分波分利用不同的波长作为不同的信道（类似利用不同的波长作为不同的信道（类似FDM）每个节点具有各自的发送信道、接收信道每个节点具有各自的发送信道、接收信道一个波长一个波长固定固定的的接收接收端，收控制信息端，收控制信息一个波长一个波长可调可调的的发送发送端，发控制信息端，发控制信息一个波长一个波长固定固定的的发送发送端，发送数据端，发送数据一个波长一个波长可调可调的的接收接收端，接收数据端，接收数据控制控制数据接收数据接收控制控制数据发送数据发送波长固定波长固定波长可调波长可调5657l协议过程协
42、议过程A向向B发送数据发送数据B在数据信道定期发送信道状态信息（控制信道、数在数据信道定期发送信道状态信息（控制信道、数据信道何时空闲）据信道何时空闲）A调整接收数据信道，监听调整接收数据信道，监听B的状态通告的状态通告A调整发送控制信息的波长，向调整发送控制信息的波长，向B发出请求信息：发出请求信息：“请在某时接收我发送的数据请在某时接收我发送的数据”B接受请求后，在议定的时候将接收数据波长调整与接受请求后，在议定的时候将接收数据波长调整与A的数据发送波长一致，接收数据的数据发送波长一致，接收数据5859l小结小结波分复用与纯广播式通信不同，各节点有自己的信道波分复用与纯广播式通信不同，各节
43、点有自己的信道与与FDM方式的信道固定分配不同，带有动态分配的思方式的信道固定分配不同，带有动态分配的思想，具有统计复用的特点，信道利用率高想，具有统计复用的特点，信道利用率高数据发送信道波长虽然固定，但并不限制只能将数据数据发送信道波长虽然固定，但并不限制只能将数据发送给一个站点发送给一个站点当多个站点同时请求向一个站点发送数据时，也会出当多个站点同时请求向一个站点发送数据时，也会出现冲突现冲突60lGSM数字数据与数字信号数字数据与数字信号数字数据：集成、压缩、纠错、加密数字数据：集成、压缩、纠错、加密数字信号：抗干扰、高数据传输速率、可再生数字信号：抗干扰、高数据传输速率、可再生GSM的
44、信道分配的信道分配FDMTDM静态动态分配静态动态分配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随机访问信道上行信道随机访问信道上行信道存在多路访问冲突问题，用存在多路访问冲突问题，用slotted ALOHA解决解决访问授权信道下行信道访问授权信道下行信道用于连接的建立用于连接的建立61lCDMACDMA既是一种编码方式，也是一种信道分配方法。既是一种编码方式，也是一种信道分配方法。每一个扩频码（伪码）代表一个逻辑信道每一个扩频码（伪码）代表一个逻辑信道扩频码是一个比特序列，数据扩频码是一个比特序列，数据1对应为扩频码，数据对应为扩频码，数据0对对应扩频码的补码应扩频码的补码
45、扩频码之间是正交的扩频码之间是正交的可同时发送多个扩频码，信道利用率获得提高。可同时发送多个扩频码，信道利用率获得提高。受噪声的影响，扩频码的个数是有限的，扩频码的分受噪声的影响，扩频码的个数是有限的，扩频码的分配方法将影响系统利用率配方法将影响系统利用率数据扩频码011001100111001100110062l采用了采用了CSMA/CD技术的局域网技术的局域网范围小、数传速率高，共享介质范围小、数传速率高，共享介质一根电缆连接所有的站点一根电缆连接所有的站点l背景背景IEEE802委员会委员会IEEE802.3MAC媒体访问控制层PHY物理层LLC逻辑链路控制层高层63l接口接口BNC同轴
46、电缆接口同轴电缆接口RJ45双绞线接口双绞线接口SC光纤接口光纤接口64l曼彻斯特编码曼彻斯特编码归零归零较多跳变较多跳变有违例编码有违例编码效率较低效率较低65lMedia Access Control sub-layer物理层Init空闲侦听发送后退信道闲以太帧以太帧冲突jam信道忙后退结束Jam后发送完成过滤以太帧以太帧MII封装解封装IEEE802.3介质访问介质访问控制子层控制子层(MAC)MACLLC源地址、目的地址，类型，待发数据块源地址、目的地址，类型，数据块IEEE802.2逻辑链路控逻辑链路控制子层制子层(LLC)66l媒体访问技术媒体访问技术CSMA/CD传输前侦听载波传
47、输前侦听载波信道空闲立即发送信道空闲立即发送信道忙则一直侦听，直到信道空闲，然后立即发送信道忙则一直侦听，直到信道空闲，然后立即发送发送过程中同时检测冲突发送过程中同时检测冲突发现冲突立即停止传输，并在随机延时后尝试发送发现冲突立即停止传输，并在随机延时后尝试发送停止传输后，用二进制指数回退算法计算延时停止传输后，用二进制指数回退算法计算延时l一些重要的规定一些重要的规定最小帧长最小帧长64字节，最大帧长字节，最大帧长1518字节字节最多连续冲突次数：最多连续冲突次数：16次次帧间间隔帧间间隔12字节字节67l以太网帧结构以太网帧结构地址域，指明发送方和接收方身份类型/长度域，说明数据域的类型
48、或数据长度数据域，该帧传递的数据单元校验域，检查该帧是否出错(物理层处理)前导码前导码用于同步的01序列ifsifsifspreamblepreamblepreambleifs(inter-frame space)=至少至少12字节信号长度字节信号长度Preamble(前导码前导码)=8字节字节01序列序列68l目的地址：目的地址：6字节，包括字节，包括3种形式种形式广播地址：代表全体站点广播地址：代表全体站点(只能作目的地址使用只能作目的地址使用)单播地址：代表个别站点单播地址：代表个别站点(可作源和目的地址可作源和目的地址)多播地址：代表一组站点多播地址：代表一组站点(只能作目的地址使用只
49、能作目的地址使用)l第一字节，最低位第一字节，最低位为为0表示单播地址表示单播地址0 x 00 90 0A 27 0B 0C为为1表示多播地址表示多播地址0 x 01 00 5E 73 0C 01l全部为全部为1表示广播地址表示广播地址0 x FF FF FF FF FF FF69l类型类型/长度字段（长度字段（2字节）字节）01500保留为长度域值，保留为长度域值，153665535保留为类型保留为类型域值域值(0 x06000 xFFFF)小于等于小于等于1500表示数据域的字节长度表示数据域的字节长度数据内容是变长的，最大为数据内容是变长的，最大为1500大于等于大于等于1536则表示帧
50、类型数据域封装的协议类型则表示帧类型数据域封装的协议类型0 x800：表示数据内容是：表示数据内容是IP分组分组0 x806：ARP分组分组实现两种格式的统一。实现两种格式的统一。Type的其它定义见的其它定义见RFC1700目的地址目的地址 源地址源地址0 x800IP分组分组70l帧校验字段帧校验字段32位位CRC校验校验MAC层发现帧错误后，仅向上层报告而不进行差错层发现帧错误后，仅向上层报告而不进行差错控制控制lLLC子层应用现状子层应用现状目前大多数网络协议目前大多数网络协议(例如例如IP协议协议)抛开了抛开了LLC子层，子层，直接通过直接通过MAC实现与其它站点通信实现与其它站点通
