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1、第三章局域网与媒体访问控制 协议协议1第三章 局域网与媒体访问控制第三章 局域网与媒体访问控制 协议?3.1 局域网体系结构?3.2 多路访问协议?3.3 以太网3.3 以太网?3.4 令牌总线网 3 5 令牌环网?3.5 令牌环网?3.6 FDDI?3.7 WLAN?3.8 数据链路层交换23.8 数据链路层交换3.1 局域网体系结构高层高层 IEEE 802SAP网络层网络层数据链路层数据链路层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC媒体访问控制媒体访问控制 MAC（） （）（）（） （）（）物理层物理层物理层物理层? 物理层：透明传输位流，规定信号编码? 物理层：透明传输位流，规定信号编码/译码
2、、传输媒体、拓扑结 构及数据率译码、传输媒体、拓扑结 构及数据率3局域网数据链路层提供的功能?提供一个或多个SAP?发送时将数据组装成带地址和差错检测 的帧的帧?接收时拆卸帧，执行地址识别和差错检 测?管理链路上的通信?管理链路上的通信4LLC子层?用于由IEEE 802及FDDI规定的所有介质 的访问控制标准提供LLC用户之间通过的访问控制标准，提供LLC用户之间通过 MAC子层进行数据交换的手段?LLC基于HDLC，但又不是HDLC的帧结构?提供三种类型的操作：?提供三种类型的操作：?类型1操作：不确认的无连接服务 类型2操作面向连接服务?类型2操作：面向连接服务?类型3操作：带确认的无连
3、接服务5LLC帧结构DSAPSSAP控制数据控制数据111/2长度无限制单位：字节长度无限制单位：字节I/GC/R1188I/G：0 - 单个单个SAP地址地址C/R：0 - 命令帧命令帧1 - 组地址（全组地址（全1为广播地址）为广播地址）1 - 响应帧响应帧控制字段：信息帧和监督帧与控制字段：信息帧和监督帧与HDLC的扩展字段相同（的扩展字段相同（2B）无编号帧与）无编号帧与HDLC的相同（的相同（1B）高层高层PDULLC数据数据LLC首部首部LLC帧和帧和 MAC帧的帧的 关系关系6MAC首部首部MAC尾部尾部MAC数据数据关系关系IEEE标准一览?802.1: High level
4、interface?802.2: Logic link control?802.3: CSMA/CD802.3: CSMA/CD?802.4: Token bus 802 5: Token ring?802.5: Token ring?802.6: Metropolitan Area Network (DQDB)?802.7: Broadband technique?802.8: Fiber optics technique7802.8: Fiber optics techniqueIEEE标准（续）?802.9: Isochronous LANs (for real-time applica
5、tions)applications)?802.10: Virtual LANs and security l?802.11: Wireless LAN?802.12: Demand priority?802.14: Cable-TV based broadband communication network?802.15: Wireless personal area network?802.16: Broadband wireless access83.2 多路访问协议?信道分配问题：如何在多个竞争的用户之间分配单个广播信道?三种信道分配方式?三种信道分配方式?Channel partit
6、ioning MAC protocols (静态分 配如TDM FDM)配，如TDM, FDM):?“Taking turns” protocols (无冲突协议）?Random access MAC protocols（有冲突）9信道分配方式（续）?静态信道分配 Share channel efficiently and fairly at high load?Share channel efficiently and fairly at high load?Inefficient at low load (where load = # senders):?无冲突协议?Eliminates
7、empty slots without causing collisions?Eliminates empty slots without causing collisions?Overhead in acquiring the token?Vulnerable to failures (e gfailed node or lost token)?Vulnerable to failures (e.g., failed node or lost token)?随机访问协议?Efficient at low load: single node can fully utilize channel?
8、 High load: collision overhead10随机访问协议?When node has packet to send?Transmit at full channel data rate?Transmit at full channel data rate?No a priori coordination among nodes?Two or more transmitting nodes = collision?Data lostData lost?Random access MAC protocol specifies (1) how to detect collisio
9、ns (2) how to recover from collisionsdetect collisions, (2) how to recover from collisions?Examples: ALOHAd Sl tt d ALOHA?ALOHA and Slotted ALOHA ?CSMA, CSMA/CD (Ethernet), CSMA/CA (wireless)11动态信道分配?动态信道分配方案的前提：5个假设 站模型站模型各站独立各站独立且以固定速率且以固定速率 产生帧产生帧在成功发送帧在成功发送帧?站模型站模型：各站独立各站独立，且以固定速率且以固定速率 产生帧产生帧。在
10、成功发送在成功发送一一帧帧 之前，站点不会产生新帧（单用户系统）之前，站点不会产生新帧（单用户系统）?单信道假设单信道假设：只有只有一一个信道个信道，各站平等共享该信道各站平等共享该信道?单信道假设单信道假设：只有个信道只有个信道，各站平等共享该信道各站平等共享该信道?冲突假设：若有冲突（两帧有重叠），必须重发冲突假设：若有冲突（两帧有重叠），必须重发?时间假设时间假设：连续时间连续时间：帧可以在任何时刻发送帧可以在任何时刻发送时间假设时间假设连续时间连续时间帧可以在任何时刻发送帧可以在任何时刻发送 时隙：帧必须在时隙开始时发送时隙：帧必须在时隙开始时发送?载波假设：有载波：站点可以检测到信道
11、是否空闲载波假设：有载波：站点可以检测到信道是否空闲 无载波：站点在发送之前无法判断信道是否空闲无载波：站点在发送之前无法判断信道是否空闲12纯ALOHA?工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上； 规定时间内若收到应答规定时间内若收到应答表示发送成功表示发送成功；否则重发否则重发规定时间内若收到应答规定时间内若收到应答，表示发送成功表示发送成功；否则重发否则重发?重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次 冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次 冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成
12、功为止?缺点：极容易冲突缺点：极容易冲突?性能：网络负载性能：网络负载 0. 5 吞吐量吞吐量 0. 184NN-121接口总线信道接口总线信道13ALOHA系统的一般模型系统的一般模型纯ALOHA系统的工作原理图A1A2A2随机时间随机时间t1 A2t3 A3站站A帧产生帧产生B1B1冲突冲突t2 B2B2t4 B3站站B站站信道上的信道上的 总效应总效应A1B1A2B2 总效应总效应14时隙ALOHA?工作原理：将时间划分为一段段等长的工作原理：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个时隙开始时发送到信道上个
13、时隙开始时发送到信道上个时隙开始时发送到信道上?重发策略：同纯重发策略：同纯ALOHA 性能性能络负载络负载吐量吐量?性能性能：网：网络负载络负载 1 吞吞吐量吐量 0. 37?代价代价：需要全网同步需要全网同步；可设置可设置一一个特殊个特殊?代价代价：需要全网同步需要全网同步；可设置个特殊可设置个特殊 站点，由该站点发送时钟信号站点，由该站点发送时钟信号15时隙ALOHA系统的工作原理图A1帧产生帧产生A2A2冲突冲突随机时间随机时间t1A3 站站A帧产生帧产生B1冲突冲突t2B2B2B3 站站BB3信道上的信道上的 总效应总效应A1B1A2B2A3 总效应总效应16CSMA协议?工作原理：
14、发送前侦听。附加硬件装置，每个站点在发送数 据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站暂停据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站暂停 发送，等待一段时间后重试。?载波侦听策略： 1 非持续CSMA旦侦听到信道忙就不再侦听延迟个随机?1 非持续CSMA：一旦侦听到信道忙，就不再侦听；延迟一个随机 时间后再次侦听。?2 持续CSMA：侦听到信道忙时，仍继续侦听，直到信道空闲 1 持续CSMA一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发送）1-持续CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发送） p-持续CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据，即以概率1-p延迟 一段时间后再发
15、送?性能：?性能：?轻载时，1-持续CSMA吞吐量最大；?重载时，非持续CSMA吞吐量最大。 缺点由于传播时延的存在冲突不可避免17?缺点：由于传播时延的存在，冲突不可避免1819CSMA的流程图有待发帧？有待发帧？NYY非持续非持续信道忙信道忙？ 载波侦听策略载波侦听策略（分时隙分时隙）延迟到下延迟到下NCSMA信道忙信道忙？（分时隙分时隙）延迟到下延迟到下 一个时隙的开始一个时隙的开始发送发送延迟随机时间延迟随机时间信道忙？信道忙？Y P持续持续发送发送等待等待2t延迟随机时间延迟随机时间选择选择0-1之间 的随机数之间 的随机数l延迟延迟tNP持续持续 CSMA收到收到ACK？出口出口N
16、Yl p?NY20出口出口CSMA/CD?工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则 冲突双方都立即停止发送信道很快空闲从冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从 而提高效率 1 持续的CSMA/CD监听到信道空闲就立即发?1-持续的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发 送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即 放弃发送放弃发送?站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号 （Jam）强化冲突以通知其他站点（Jam），强化冲突，以通知其他站点?退避21不同CSMA协议的信道利用率和负载曲线的比较22无冲突协议之基本位图协议无冲突协议之一：基本位图协议?工作原理：为工作原理：为N个站点分配个站点分配N个时隙，每个时隙占个时隙，每个时隙占1位。要发送数据的站点在 自己相应的时隙中填入“位。要发送数据的站点在 自己相应的时隙中填入“1”。按照申请信道的站点的序号占用信道。按照申请信道的站点的序号占用信道。? 性能：设数据帧长为性能：设数据帧长为 d轻载时，
