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1、MAC协议模拟实验一、实验目的通过对CSMA、CSMA/CD协议的模拟测试，分析并比较这两个协议的性能。加 深对CSMA、CSMA/CD协议的理解。二、实验内容a. 各协议的“信道负载信道效率”测试b. 各协议的“信道负载一一成功概率”测试c. 各协议运行相同时间时，发送帧数与成功帧数测试三、实验器材PC机1台，协议模拟程序四、实验原理CSMA、CSMA/CD协议是以ALOHA为基础发展起来的MAC访问控制协议。CSMA的基本思想：对ALOHA系统发送时“不侦听信道”进行改进。要求站点发送前先监听信道， 若信道闲，可以启动传输，若信道忙，则必须等待，以避免冲突。等待时间由退 避算法决定。常用的
2、退避算法有三种：非坚持（0坚持）、1-坚持、P-坚持。0坚持CSMA： 若信道闲，立即发送 若信道忙，则不再监听信道，而是等待一个随机时间后再按进行。0坚持CSM优点是降低了冲突概率，重负载时，吞吐率较高；缺点是轻负载 时，信道上有较多空闲时间，效率低。1-坚持 CSMA： 若信道闲，立即发送 若信道忙，则继续监听全信道闲，并立即发送。1-坚持CSMA优点是轻负载时，能有效减少信道的空闲时间，提高传输效率； 缺点是发生再次冲突的可能性大，重负载时冲突严重，极限时吞吐量趋于0。P-坚持： 若信道闲，立即启动发送 若信道忙，则一直监听直到信道闲，以概率P立即发送，以概率（1-P） 不发送，并等待一
3、个随机时间后再按进行。P值的选取不能太大。若P太大，使np1，表示冲突后有多个站试图发送， 会重复冲突，故一般选np V 1。当然p也不能太小，若p太小，则站点延迟大。 对于负载未知的网络，p值应适当选取，对于固定的p值，网络的性能会随站点 数量n而变化。P-坚持的优点是可根据不同的负载选取不同的P值，最大程度的提高信道利 用率和提高吞吐率；缺点是选取一个合适的P值是一件困难的事情。CSMA/CD的基本思想：对CSMA再作改进。因为基本的CSMA与ALOHA和Slotted ALOHA相比，虽然 通过发送前侦听信道，能一定程度减少冲突的可能性，但仍然存在以下问题：即 站点一旦发送一帧，就必须将
4、一帧发送完，即使冲突已经产生。而一旦发生冲突 后，继续发送的将是无用信号，会造成信道资源的浪费，同时降低网络的吞吐率。因此，在CSMA的基础上，CSMA/CD增加站点冲突检测的能力。站点不仅发 送数据前要先侦听信道，开始发送后还要一边发送数据，一边检测信道。一旦检 测到冲突，不必等一帧传完就立即停止受损帧的传输，尽早释放信道，避免资源 的浪费。同时，向总线上发一串阻塞信号（冲突码），通知各站冲突已发生，以 提高信道利用率。如果传输过程中检测到信道无冲突发生，则传输成功。CSMA/CD的优点是能及时检测到冲突，停止发送，减少冲突可能性，同时也 能提高信道利用率。五、实验步骤1、实验前准备 安装并
5、启动模拟程序：执行文件，直接复制到PC机里，然后启动。 熟悉程序界面：运行程序，出现图中界面，说明如下：界面说明：参数配置域：参数配置按钮可配置协议，节点数等参数（右上部参数会显示） 颜色配置按钮可选择成功帧、冲突帧及背景颜色（中间的运行 区）控制域：配置好参数后，选择仿真运行按钮开始运行，中间暂停按暂停，停 止按停止运行。中间区域：帧运行观察区速度控制域：通过移动中间的“移动条”控制帧发送的快慢信道统计域：运行时间、空闲时间、通信负载在仿真运行中实时显示的是折 算的比特数。负载率为动态值，运行稳定后趋近于设置的信道负载。帧统计域：动态统计并显示帧的发送情况。成功发送概率二成功总帧数/发送总帧
6、数信道效率二成功总帧数/运行时间（折算成比特）2、实验操作步骤 配置：点击“参数配置”按钮，选择 协议：CSMA（1坚持），节点数：50，信 道负载：5%，帧类型：固定，坚持概率：100%点击“颜色配置”按钮，根据自己的喜好选择成功帧、冲突帧以及背景 颜色。也可不选，直接采用默认色。用鼠标拖动“移动条”，将速度调整到一个合适的位置（通过观察中间运 行区来改变，为了节省时间，建议调到较快的速度）。 运行：点击“仿真运行”按钮开始运行，并观察帧的运行和统计值。 记录：当运行稳定且在“运行时间”为2000比特时，按“运行停止”，记录表中所列各项参数（允许20002050比特范围） 改变信道负载分别为
7、 10%、20%、30%、50%、70%、100%、150%、200%，其 他配置保持不变。在上述每一个设置的信道负载时重复步。 在参数配置中分别改变协议为：CSMA（0.5坚持）、CSMA（0坚持）、CSMA/CD， 并对每一种协议按步操作。六、实验记录1、按下图所示的表格形式，记录实验过程中所观察到的各协议的相关数据。2、根据实验记录绘制各协议的“信道负载一道效率”和“信道负载一一成 功概率”曲线。CSMA（0 坚持）信道负载信道效率成功概率5运行2000比特时设置值测试值发送总帧数成功帧数54.004.0000100.000016161012.5012.000096.50482017.2
8、516.2594.202969653026.9523.2586.1111108935043.5033.878.16091741367067.2541.561.71269166100108.0538.535.5658433154150151.5538.325.370760715420020032.7516.375800131CSMA（0.5 坚持）信道负载信道效 率成功概率运行2000比特时设置值测试值发送总帧数成功帧数55.55.51002222101111.0597.7845442019.2518.2594.805277733034.530.0587.68121381215054.3539.
9、572.14612191587070.0548.292768.7528819810092.5542.2545.5526371169150148.2537.2525.1265593149200199.952512.4844801100CSMA（1 坚持）信道负载信道效率成功概率运行2000比特时设置值测试值发送总帧数成功帧数55.755.7510023231013.2513.2510053532020.102097.568280303127.890.32261241125051.7535.7569.08212071437063.0044.570.6349252178100105.5038.553
10、6.7299422155150146.703423.1687587136200204.52411.735981896CSM/CD（1 坚持）信道负载信道效率成功概率运行2000比特时设置值测试值发送总帧数成功帧数56.106.092.307726241010.810.587.548422019.4519.2595.061781773033.6531.576.36361651265064.548.538.03925101947075.1550.2528.897369620110095.649.317.61571124198150102.0548.2515.20881269193200215.75
11、18.258.458986373CSMA （0 坚持）信道负载-信道效率信道负载CSMA（0.5 坚持）信道负载-信道效率信道负载CSM/CD（1 坚持）七、实验分析1、对同一种协议，相同站点数，不同负载率时，发送帧的总数随负载率的增 大而 增大 ，成功概率随负载的增加而 减小 ，信道利 用率随负载的增大而 增大 ，但当负载增大到一定程度后，信道利用 率将随负载增大而减小 。2、在测试的各协议中，在同种测试条件下(相同站点数，相同负载率、相 同帧类型等)，CSM/CD 议协信道效率最高，在相同的运行时间内(折算为相同的比特数)，议协发出的总帧数和成功的帧数都最多，产生这种现象的根本原因是 CS
12、MA/CD有站点冲突检 测的能力能及时检测到冲突，停止发送，减少冲突可能性。3、在实验中，你观察到CSMA/CD协议时的冲突帧的形状与其他协议有什么不 同？试解释为什么会有这种不同？答：.CSMA/CD：带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法避免”CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上 有无冲突，只能尽量避免；1. 两者的传输介质不同,CSMA/CD用于总线式以太网，而CSMA/CA则用于无线局 域网 802.11a/b/g/n 等等；2. 检测方式不同,CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电 缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量 载波混合检测三种检测信道空闲的方式；
