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1、第4章 MAC层 1 / 219 第4章 介质访问子层 v局域网概述 v信道共享问题 v多路访问协议 v以太网 v虚拟局域网 v无线局域网 第4章 MAC层 2 / 219 v点对点通信：每一个通信信道只连接两台 计算机并只被这两台计算机占用。 v点对点通信或网状网络的特点： 双方可以通过协商改变链路参数等细节 安全性和私有性能够得到保证 连接的总数量比计算机的总数量增长的快，连 接数量 = (N2-N)/2。 局域网概述局域网概述 第4章 MAC层 3 / 219 v共享信道通信：依赖于共享网络的局域 网技术。 v共享通信信道的特点： 大大降低了组网费用 适用于局域网而非长距离传输 局域网概
2、述局域网概述 第4章 MAC层 4 / 219 v局域网流行的原因 局域网技术比较便宜并且容易得到 访问的局部性：计算机与附近计算机通 信可能性比较大；计算机很有可能与同一台 计算机反复通信。 v局域网的分类 共享媒体局域网 交换局域网 局域网概述局域网概述 第4章 MAC层 5 / 219 v局域网的拓扑结构 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构 （1 1） 总线型总线型星型星型环型环型树型树型 n n 网络实例网络实例 星型拓扑：星型拓扑：ATM ATM 环状拓扑：环状拓扑：IBMIBM令牌环、令牌环、FDDI FDDI 总线拓扑：以太网总线拓扑：以太网 第4章 MAC层 6 / 219 局域
3、网的拓扑结构局域网的拓扑结构 （2 2） n n 使用多种拓扑的原因：每种拓扑都有其优缺使用多种拓扑的原因：每种拓扑都有其优缺 点点 星型：一根电缆断了不会影响整个网络。星型：一根电缆断了不会影响整个网络。 环状：计算机容易协调；容易检测网络运环状：计算机容易协调；容易检测网络运 行状况；一根电缆端了，整个环状网络都行状况；一根电缆端了，整个环状网络都 失效。失效。 总线：所需的布线比星型少，总线断了网总线：所需的布线比星型少，总线断了网 络就要失效。络就要失效。 第4章 MAC层 7 / 219 第4章 介质访问子层 v局域网概述 v信道共享问题 v多路访问协议 v以太网 v虚拟局域网 v无
4、线局域网 第4章 MAC层 8 / 219 信道共享问题 v 信道的静态分配 v 信道的动态分配 局域网的关键是解决信道共享问题 第4章 MAC层 9 / 219 信道的静态分配 v通常采用多路复用技术 v将一条物理媒体划分成多个信道，固定 分配给每一对通信的双方 v通常用于点对点通信，不适合局域网 第4章 MAC层 10 / 219 信道共享问题 v 信道的静态分配 v 信道的动态分配 第4章 MAC层 11 / 219 信道的动态分配 v将整个物理媒体看成一条信道，所有连 在媒体上的站点之间都是通过这条信道 传输。 v主要问题：信道争抢 第4章 MAC层 12 / 219 信道的动态分配
5、v受控接入协议 v随机接入协议 第4章 MAC层 13 / 219 受控接入协议 v轮询：由中心控制器循环扫描每个站点，给每 个站点一次发送的机会 v预约：每一轮分组的发送都是事先安排好的 v令牌传递：把计算机连成一个环，环中有一个 特殊的称为令牌的报文在传递。拿到令牌的站 点可以把令牌扣下，并发送报文 v缺点：需要一个特殊的设备来协调这些过程 第4章 MAC层 14 / 219 信道的动态分配 v受控接入协议 v随机接入协议 第4章 MAC层 15 / 219 随机接入协议 v不需要特殊的协调设备 v计算机要发送时，会采用随机选择方式 ，防止和其他计算机发生冲突 v常用的随机接入协议 ALO
6、HA CSMA/CD CSMA/CA 第4章 MAC层 16 / 219 随机接入协议的五个假设 v单信道假设（Single Channel Assumption） v站模型（Station Model） v冲突假设（Collision Assumption） v时间假设： 时间连续（Continuous Time） 时间分时隙（Slotted Time） v侦听假设： 载波侦听（Carrier Sense） 非载波侦听（no Carrier Sense） 第4章 MAC层 17 / 219 单信道假设 v所有通信，包括发送和接收，都通过单 信道进行 v所有的站都在该信道上发送或接收信息 v所
7、有站都是平等的，各站没有主从之分 信道是共享的，任何时刻只允许一个站点可以发送，并且任 何站点都必须通过竞争才能取得发送权（如有主从之分，则 存在单点故障） 第4章 MAC层 18 / 219 信道的动态分配 v单信道假设（Single Channel Assumption） v站模型（Station Model） v冲突假设（Collision Assumption） v时间假设： 时间连续（Continuous Time） 时间分时隙（Slotted Time） v侦听假设 载波侦听（Carrier Sense） 非载波侦听（no Carrier Sense） 有关动态分配的五个假设： 第
8、4章 MAC层 19 / 219 站模型 v由N个独立的站（计算机、电话、个人通信 设备）组成 v每个站都可产生待发送的帧 v在时间t内，生成一帧的概率为t，其中 是常量（新帧到达速率） v一旦生成一帧，就等待发送，直到成功发送 各站都是相互独立地、都以固定速率产生数据帧，某站 一旦产生新帧，即被阻塞，亦即不会再有新的帧产生， 每个站只有一个用户 第4章 MAC层 20 / 219 信道的动态分配 v单信道假设（Single Channel Assumption） v站模型（Station Model） v冲突假设（Collision Assumption） v时间假设： 时间连续（Conti
9、nuous Time） 时间分时隙（Slotted Time） v侦听假设 载波侦听（Carrier Sense） 非载波侦听（no Carrier Sense） 有关动态分配的五个假设： 第4章 MAC层 21 / 219 冲突假设 v如两帧同时发送，则发生冲突 v所有的站点都能检测到冲突 v冲突的帧必须重发，除了冲突引起的差 错外，没有其它差错 由于每个站点都必须通过竞争才能取得发送权，所以 冲突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特殊的 机制来消除冲突（令牌网） 第4章 MAC层 22 / 219 信道的动态分配 v单信道假设（Single Channel Assumption） v站模
10、型（Station Model） v冲突假设（Collision Assumption） v时间假设： 时间连续（Continuous Time） 时间分时隙（Slotted Time） v侦听假设 载波侦听（Carrier Sense） 非载波侦听（no Carrier Sense） 有关动态分配的五个假设： 第4章 MAC层 23 / 219 时间假设 v时间连续（Continuous Time） 帧的发送可在任意时刻 v时间分时隙（Slotted Time） 时间被分为时隙，帧只能在时隙的开始处发 送，一个时隙中可发送0、1或多帧，在一个 时隙的开始处，如果只有一个站点发送则成 功，如有
11、多个站点发送则将发生冲突 第4章 MAC层 24 / 219 信道的动态分配 v单信道假设（Single Channel Assumption） v站模型（Station Model） v冲突假设（Collision Assumption） v时间假设： 时间连续（Continuous Time） 时间分时隙（Slotted Time） v侦听假设 载波侦听（Carrier Sense） 非载波侦听（no Carrier Sense） 有关动态分配的五个假设： 第4章 MAC层 25 / 219 侦听假设 v载波侦听（Carrier Sense） 所有的站在使用信道前，都可检测到当前 信道是否
12、正被使用，如信道正忙，则等待 v非载波侦听（no Carrier Sense） 所有的站在使用信道前，都不检测当前信 道是否正被使用，只是盲目发送 在局域网中，常采用载波侦听 第4章 MAC层 26 / 219 第4章 介质访问子层 v局域网概述 v信道共享问题 v多路访问协议 v以太网 v虚拟局域网 v无线局域网 第4章 MAC层 27 / 219 多路访问协议 v纯ALOHA v分隙ALOHA v载波侦听多路访问协议 第4章 MAC层 28 / 219 纯ALOHA的原理 v任何一个站都可以在帧生成后立即发送（ 可能冲突） v通过信号的反馈，检测信道，以确定发送 是否成功 v如发送失败，则
13、经随机延时后再发送 第4章 MAC层 29 / 219 v在纯ALOHA中，站点一旦产生新帧则立即发送，如果 一个标准长度的帧的发送时间为t，在t0+t时刻允许生成 一个新帧，除此新帧之外，在t0 t0+2t 时间内不能有其 它帧产生，否则冲突，即冲突危险区为2t 纯ALOHA的原理 冲突危险区 t0 t0+t t0+2t t0+3t 时间 Tnbm P253 Fig. 4-2 阴影帧的冲突危险区 第4章 MAC层 30 / 219 纯ALOHA的效率 v当网络比较闲时，效率较好 v当网络较忙时，会频繁发生冲突。这种 冲突时的信道的利用率只能达到18% 第4章 MAC层 31 / 219 多路
14、访问协议 v纯ALOHA v分隙ALOHA v载波侦听多路访问协议 第4章 MAC层 32 / 219 v在一个时隙内只产生一个新 帧，新帧不允许立即发送， 将在下一个时隙的开始处 t0+t 时发送，不会发生冲突 v在一个时隙内产生一个以上 新帧，下一个时隙的开始处 t0+t 时，一个以上的帧同时 发送，将发生冲突，即冲突 危险区为t 分隙ALOHA的原理 时间 t0 t0+t t0+2t t0+t 冲突危险区 t0 t0+t t0+2t t0+t t0+t 第4章 MAC层 33 / 219 分隙ALOHA的原理（续） v分隙ALOHA的时间以时隙(Time Slot)为单位 v时隙的长度对
15、应一帧的传输时间，其起点由专 门的信号来标志 v新帧的产生是随机的，但分隙ALOHA不允许 随机发送，凡帧的发送必须在时隙的起点，即 冲突危险区是原来的一半 v信道利用率可达36% 第4章 MAC层 34 / 219 多路访问协议 v纯ALOHA v分隙ALOHA v载波侦听多路访问协议 第4章 MAC层 35 / 219 载波侦听多路访问协议CSMA v持续和非持续CSMA v冲突检测 在发送数据前先侦听信道，只有当信道为空时才 可能发送 第4章 MAC层 36 / 219 持续和非持续CSMA v1 持续CSMA v非持续CSMA（Nonpersistent CSMA） vp 持续CSMA
16、（p-persistent CSMA） 第4章 MAC层 37 / 219 1 持续CSMA v每个站在发送前，先侦听信道，如信 道正忙，则等待并持续侦听，一旦信 道空闲，立即发送，即发送的概率为1 ；如冲突，则延时一随机时隙数后， 重新发送 第4章 MAC层 38 / 219 持续和非持续CSMA v1 持续CSMA v非持续CSMA（Nonpersistent CSMA） vp 持续CSMA（p-persistent CSMA） 第4章 MAC层 39 / 219 非持续CSMA （Nonpersistent CSMA） v每个站在发送前，先侦听信道，如 信道正忙，则不再继续侦听，而是 延时一随机时隙数后，再侦听信道 第4章 MAC层 40 / 219 持续和非持续CSMA v1 持续CSMA v非持
