《计算机网络(上交)翁慧玉介质访问子层》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络(上交)翁慧玉介质访问子层（217页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 1 / 185第4章 介质访问子层v信道分配问题v多路访问协议CSMAv以太网v数据链路层交换v无线局域网Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 2 / 185信道分配问题v 信道的静态分配v 信道的动态分配Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 3 / 185信道的静态分配v频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing）v时分多路复用TDM（Time Division Multiplexing）v静态分
2、配的问题延迟时间长信道利用率低Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 4 / 185排队论模型v模型假设v排队模型队列网络节点报文到达速率（帧/s）信道输出速率C（帧/s）信道容量C b/s信道数据到达平均速率（服从泊松分布） 帧/秒帧的长度平均值（服从指数分布）1/ bit/帧平均延时TComputer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 5 / 185生灭过程v一个稳定的生灭过程0n21 C C C C C 如该过 程稳定，则p0=Cp1 p1+Cp1=p0+Cp2 p2+Cp2=p1+Cp3 解得： pi=p0 i其中： =/
3、(C)则：p0=1- 则系统中的平均顾客数 Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 6 / 185Little定理v在稳定状态下，存储在网络中的报文平均数， 等于报文的平均到达率乘以这些报文在网络中经 历的平均时间即：N = T 则：得：在频分多路复用条件下，每个信道的容量为C/N，每个信 道的报文到达率为/N 所以：TFDM = NT 即平均增加N倍Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 7 / 185静态FDM的性能v频段分成N段，平均延时增加N倍 v频段分成N段，当用户数小于N时，不产 生争用，但并非每个被分配的
4、用户每时每刻 都在通信，所以，信道的利用率较低，且不 能调整时分多路复用TDM（Time-Division Multiplexing）与FDM相似Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 8 / 185信道分配问题v 信道的静态分配v 信道的动态分配Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 9 / 185信道的动态分配v站模型（Station Model） v单信道假设（Single Channel Assumption）v冲突假设（Collision Assumption） v时间假设：时间连续（Continuous T
5、ime） 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：Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 10 / 185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Computer Netw
6、orks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 11 / 185信道的动态分配v站模型（Station Model） v单信道假设（Single Channel Assumption）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：Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 12 / 185单信道假设v所有通信，包括发送和接收，都通
7、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）Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 13 / 185信道的动态分配v站模型（Station Model） v单信道假设（Single Channel Assumption）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（Carr
8、ier Sense） 非载波侦听（no Carrier Sense） 有关动态分配的五个假设：Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 14 / 185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）Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 15 / 185信道的动态分配v站模型（Station Model） v单信道假设（Single C
9、hannel Assumption）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：Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 16 / 185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
10、的开始处，如果只有一个站点发送则成功，如有多个站点发送则将发生冲突Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 17 / 185信道的动态分配v站模型（Station Model） v单信道假设（Single Channel Assumption）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：Computer Networks v4 c
11、s.sjtu *第4章 MAC层 18 / 185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Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 19 / 185第4章 介质访问子层v信道分配问题v多路访问协议CSMAv以太网v数据链路层交换v无线局域网Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 20 / 185多路访问协议
12、CSMAv纯ALOHAv分隙ALOHAv载波侦听多路访问协议Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 21 / 185v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Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 22 / 185纯ALOHA的原理（续
13、） v任何一个站都可以在帧生成后立即发送（可能冲突） ，并通过信号的反馈，检测信道，以确定发送是否成功，如发送失败，则经随机延时后再发送 Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 23 / 185纯ALOHA信道的效率设：无限多个用户产生新帧的概率服从泊松分布平均每个帧时产生S个新帧则：当S 1时，将每个帧都冲突所以，吞吐率应为 0 S纯ALOHA信道的效率（续）设：帧发送的平均值为G帧/帧时， G中包括每个帧时内产生的新帧S和由于冲突而需重发的帧冲突危险区t0 t0+t t0+2t t0+3t时间Computer Networks v4 cs.sjtu *
14、第4章 MAC层 25 / 185纯ALOHA的吞吐率设：在任一帧时内生成k帧（包括新旧帧） 的概率服从泊松分布，为： 则：生成0帧的概率为P0 = e-G 两个帧时内产生的平均帧数为2G即： ，P0 = e-2G 由于S = GP0所以S = Ge-2GComputer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 26 / 185纯ALOHA的吞吐率（续）对于：S = Ge-2G得：S = e-2G + Ge-2G(-2) 并令其为0e-2G - 2Ge-2G = 02G = 1G = 0.5时，S有最大值S = 1/(2e)S 0.184在纯ALOHA中，其吞吐率最大为0.
15、184Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 27 / 185多路访问协议v纯ALOHAv分隙ALOHAv载波侦听多路访问协议Computer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 28 / 185v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+2tt0+t冲突危险区t0 t0+t t0+2tt0+tt0+tComputer Networks v4 cs.sjtu *第4章 MAC层 29 / 185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 冲突主要发生在时隙的起点处，一旦发送成功，则不会出现冲突，即生成新帧并等待发送的这一帧时 内，是冲突危险区，时间长度为t，是原来的一半Computer Networks v4 cs.sjtu
