介质访问子层课件

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1、计算机通信网计算机通信网第四章第四章介质访问控制子层介质访问控制子层介质访问子层介质访问子层引言引言l上一章内容是两台计算机间连接和通信问题上一章内容是两台计算机间连接和通信问题l本章内容是：本章内容是：在局部区域内多台计算机的联网和通信问题在局部区域内多台计算机的联网和通信问题局域网局域网如何连接？如何通信如何连接？如何通信可以自己敷设传输导线，自己来连接可以自己敷设传输导线，自己来连接全双工全双工半双工半双工或或网线连接网线连接无线连接无线连接2介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院引言引言(续续1)l连接是一个问题连接是一个问题l通信方式又是一个问题通信方式又是一个

2、问题两个站点同时向对方发送数据，对方能收到吗？两个站点同时向对方发送数据，对方能收到吗？两个站点同时向第三方发送数据，第三方能收到吗？两个站点同时向第三方发送数据，第三方能收到吗？答案是收不到或收到的数据是错误的答案是收不到或收到的数据是错误的因此，局域网的通信需要站点间建立一因此，局域网的通信需要站点间建立一种通信规则，才有可能实现通信种通信规则，才有可能实现通信3介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院引言引言(续续2)l第三个问题：能否向指定的站点发送数据？第三个问题：能否向指定的站点发送数据？上一章是点对点通信，不存在这个问题上一章是点对点通信，不存在这个问题其它站

3、点是否收到数据不重要，重要的是指定其它站点是否收到数据不重要，重要的是指定站点要收到数据，并且知道是谁送给自己的站点要收到数据，并且知道是谁送给自己的因此，局域网需要在数据中有一种地址机制因此，局域网需要在数据中有一种地址机制来标识站点。这就是局域网的协议问题之一来标识站点。这就是局域网的协议问题之一4介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院本章知识点本章知识点l1、局域网的连接方式、局域网的连接方式总线形连接、星形连接、环形连接、总线形连接、星形连接、环形连接、l2、局域网的通信规则及性能分析、局域网的通信规则及性能分析竞争型通信方式竞争型通信方式无竞争通信方式无竞争通信

4、方式有限竞争通信方式有限竞争通信方式l3、以太网协议、以太网协议l4、其它协议、其它协议(知识扩展知识扩展)WiFi、Token-Ringl以太网设备以太网设备HUB、网桥、交换机、网桥、交换机5介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院1、局域网的连接、局域网的连接l连接方式连接方式1：总线形、星形：总线形、星形两者是等效的两者是等效的(需要半双工的接口需要半双工的接口)典型画法典型画法6介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院局域网的连接局域网的连接l连接方式连接方式2：环形：环形利用全双工收发分利用全双工收发分开进行连接开进行连接不好，若某个站点不好

5、，若某个站点关机，环就断开了关机，环就断开了加入小的单向传输阀加入小的单向传输阀好，某个站点关机，好，某个站点关机，环不会断开环不会断开典型画法典型画法7介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院局域网的连接局域网的连接l其它连接方式的讨论其它连接方式的讨论用多条总线，在一条上发送，其余总线上接收用多条总线，在一条上发送，其余总线上接收或者反过来，在一条上接收，在其余总线上发送或者反过来，在一条上接收，在其余总线上发送ABCD总线总线1总线总线2总线总线3总线总线4？8介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院局域网的连接局域网的连接l无线信道的情况无线信道

6、的情况可以有多个无线信道可用可以有多个无线信道可用每个站点只有一个发射机和一个接收机每个站点只有一个发射机和一个接收机l讨论两种情况讨论两种情况发射机和接收机都在同一个信道上工作发射机和接收机都在同一个信道上工作(与总线等效与总线等效)发射机和接收机可工作在不同信道上发射机和接收机可工作在不同信道上(与多总线基本等效）与多总线基本等效）9介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院不同连接下的通信基本问题不同连接下的通信基本问题l总线形连接总线形连接l单个站点发送数据单个站点发送数据一旦一个站点发送数据，其信号立即占满整个总线一旦一个站点发送数据，其信号立即占满整个总线(光速传

7、播光速传播)l多于一个站点几乎同时发送数据多于一个站点几乎同时发送数据多个信号在总线上叠加，信号产生混乱多个信号在总线上叠加，信号产生混乱(冲突现象冲突现象)timeAB信号冲突信号冲突t1t2t3t4AB10介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院不同连接下的通信基本问题不同连接下的通信基本问题l环形连接环形连接通信情况同总线形完全一致通信情况同总线形完全一致timeAB信号冲突信号冲突t1t2t3t4AB11介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院2、局域网的通信规则及性能分析、局域网的通信规则及性能分析l性能分析模型性能分析模型l竞争型通信规则竞争

8、型通信规则想想说说就就说说型：型：ALOHA，slot-ALOHA先先听听后后说说型：型：CSMA(载波侦听载波侦听)先先听听后后说说+边边听听边边说说型：型：CSMA/CDl无竞争型通信规则无竞争型通信规则有令牌则说话：有令牌则说话：Token-Ring主站点名轮询：主站点名轮询：Pollingl有限竞争型有限竞争型先先听听后后争争，争争到再到再说说型：型：CSMA/CA12介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院2.1 性能分析模型性能分析模型l局域网有局域网有N个站点，每个站点随时都有数据帧可发。为分析个站点，每个站点随时都有数据帧可发。为分析方便，假定：方便，假定：

9、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信道的帧速率为信道的帧速率为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，单位时间内最大成功帧数：信道帧速率，单位时间内最大成功帧数g：信

10、道负载，单位时间内所在站点传输总数：信道负载，单位时间内所在站点传输总数s:有效传输，单位时间内成功传输总数有效传输，单位时间内成功传输总数13介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院归一化性能参数归一化性能参数lS = s/C，信道吞吐率，信道吞吐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=sT/CT, 信道利用率信道利用率单位时间内成功帧所需的传输时间比例单位时间内成功帧所需的传输时间比例0 S 1lG = g/C：信道负载率：信道负载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0 G 1时，表明信道已达到满负荷时，表明信道已达到满

11、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123C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归一化：归一化：S=s/CG=g/C14介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院例例64bytes64bytes64bytes64bytes64bytes64bytesifgifgifgifgifg15介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院信道竞争模型信道竞争模型l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进入信道(帧速率帧速率G

12、)成功传输出信道成功传输出信道（吞吐率（吞吐率S）冲突的帧冲突的帧（消失在信道上（消失在信道上)GSAB一般化模型一般化模型N个站点的数据帧从个站点的数据帧从A点进入信道，出现冲突的帧消点进入信道，出现冲突的帧消失在信道上，无冲突的帧失在信道上，无冲突的帧(成功传输成功传输)从从B点出信道点出信道16介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院信道竞争模型信道竞争模型l简单分析可知简单分析可知G的大小，影响到出现冲突的概率的大小，影响到出现冲突的概率G很小冲突概率小传输成功率高很小冲突概率小传输成功率高S也较小也较小G很大冲突概率大传输成功率低很大冲突概率大传输成功率低S也较小

13、也较小存在最佳的存在最佳的G，使得，使得S到达最大到达最大l竞争规则的目标：竞争规则的目标：S最大化最大化最佳的最佳的G是多少，跟通信规则有关是多少，跟通信规则有关G小小G适中适中G过大过大G(负载率负载率)S(吞吐率吞吐率)理想情况理想情况1117介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院信道竞争模型信道竞争模型l性能分析中使用的帧速率的概率分布：性能分析中使用的帧速率的概率分布：在任意的一个时间段在任意的一个时间段T(帧长度帧长度)内，生成内，生成k个帧的概率个帧的概率服从泊松分布服从泊松分布其中其中G为平均帧速率为平均帧速率典型值： T内生成0帧的概率为 pT(0)=e

14、-G T内生成1帧的概率为 pT(1)=Ge-G 2T内生成0帧的概率为 p2T(0)=e-2GG*C=10条件下，时间条件下，时间T内内出现出现k个帧的概率分布图个帧的概率分布图k18介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院信道竞争模型信道竞争模型l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时间间隔dt，若，若1.在在dt内生成一帧的概率为内生成一帧的概率为dt(dt1),且独立于其它时间间隔且独立于其它时间间隔2.当当dt足够小时，生成多于

15、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3.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4.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且有：且有：均值为均值为方差为方差为 为帧的平均生成速率为帧的平均生成速率( (研究表明：研究表明：当站点数超过当站点数超过2020个时个时, ,其生成帧的其生成帧的概率分布已非常接近泊松分布）概率分布已非常接近泊松分布）19介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院2.2 ALOHA竞争方式竞争方式l“想说

16、就说想说就说”型竞争信道方式型竞争信道方式N个站点，帧到达立即发送个站点，帧到达立即发送站点帧到达概率服从泊松分布，均值为站点帧到达概率服从泊松分布，均值为G/NN个站点帧到达概率也是泊松分布，均值为个站点帧到达概率也是泊松分布，均值为G信道上所有帧传输，在时间上有重叠信道上所有帧传输，在时间上有重叠(冲突冲突)出现出现G越大越大帧越多帧越多冲突越严重冲突越严重信道吞吐率信道吞吐率SGN设：成功传输概率设：成功传输概率P0则：信道吞吐率则：信道吞吐率S=G*P0如何计算如何计算P070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

17、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20介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院ALOHA性能分析性能分析l信道传输成功概率信道传输成功概率P0以下几种分析以下几种分析“似乎似乎”都合理都合理那个是正确的？那个是正确的？研究和仿真证明研究和仿真证明2T的的b是正确的是正确的Ta.在时段在时段T内只有内只有1帧发送的概率帧发送的概率b.有一帧发送的有一帧发送的T内有内有0个帧的概率个帧的概率2Ta.在时段在时段2T内只有内只有1帧发送的概率帧发送的概率b.有一帧发送时有一帧发送时2T内内有有0个帧发送的

18、概率个帧发送的概率3Ta.在时段在时段3T内只有内只有1帧发送的概率帧发送的概率b.有一帧发送时有一帧发送时3T内内有有0个帧发送的概率个帧发送的概率P0=p2T(0)=e-2G（1）于是有：于是有：S=G*P0=G*e-2G（2）介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院ALOHA性能性能OPNET仿真仿真OPNET仿真场景仿真场景节点模型节点模型发送状态机发送状态机设定速率设定速率设定帧长设定帧长设定帧产生时间间隔设定帧产生时间间隔仿真结果仿真结果帧统计帧统计G站点数站点数/*Outgoingpacket*/Packet*out_pkt;/*Apackethasarriv

19、edfortransmission.Acquire*/*thepacketfromtheinputstream,sendthepacket*/*andupdatetheglobalsubmittedpacketcounter.*/out_pkt=op_pk_get(IN_STRM);op_pk_send(out_pkt,OUT_STRM);+subm_pkts;/*Comparethetotalnumberofpacketssubmittedwith*/*themaximumsetforthissimulationrun.Ifequal*/*endthesimulationrun.*/if(s

20、ubm_pkts=max_packet_count)op_sim_end(maxpacketcountreached.,);代码代码GS22介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院/*Outgoingpacket*/Packet*out_pkt;/*Apackethasarrivedfortransmission.Acquire*/*thepacketfromtheinputstream,sendthepacket*/*andupdatetheglobalsubmittedpacketcounter.*/out_pkt=op_pk_get(IN_STRM);op_pk_se

21、nd(out_pkt,OUT_STRM);+subm_pkts;/*Comparethetotalnumberofpacketssubmittedwith*/*themaximumsetforthissimulationrun.Ifequal*/*endthesimulationrun.*/if(subm_pkts=max_packet_count)op_sim_end(maxpacketcountreached.,);23介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院Pure ALOHA 性能曲线性能曲线l性能描述性能描述Pure ALOHA的最大吞吐率的最大吞吐率Smax=G

22、e-2G|G=0.5=1/2e=0.184适当大小的总帧数适当大小的总帧数GG=1/2，即一半的信道帧容量，即一半的信道帧容量时，时，S达到最大值达到最大值帧丢失率帧丢失率丢失帧数丢失帧数/总共传输帧总共传输帧显然，显然，G小时丢失率小，小时丢失率小，G大则大大则大如何计算？如何计算？S=Ge-2G理想吞吐率理想吞吐率吃惊吗？吃惊吗？ALOHA的最高性能是的最高性能是18.4%！相当于：信道是相当于：信道是1Mbps的话，最大传输能力只能到达的话，最大传输能力只能到达184kbps24介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院ALOHA的性能改进的性能改进lSlot-ALOH

23、A2TAloha的主要问题站的主要问题站点可以在任何时候发点可以在任何时候发送帧，因此送帧，因此2T范围都范围都是冲突的危险区域是冲突的危险区域TSlot-Aloha则将信道划分成长度为则将信道划分成长度为T的的时隙。要求站点必须在时隙开始位置时隙。要求站点必须在时隙开始位置发送。这样，减少了冲突的危险区域发送。这样，减少了冲突的危险区域(或者完全不冲突，或者完全冲突或者完全不冲突，或者完全冲突)TTP0=当有一帧要发送时，在当有一帧要发送时，在T内再没有新帧产生内再没有新帧产生=pT(0)=e-G于是：于是：S=G*P0=Ge-G(3)或或S=每个时隙只产生一帧的概率每个时隙只产生一帧的概率

24、=pT(1)=Ge-G介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院Slot ALOHA性能性能l性能描述性能描述最大吞吐率最大吞吐率Smax=Ge-G|G=1=1/e=0.368，Pure ALOHA的的2倍倍达到最大达到最大S时的时的GG = 1，达到信道帧容量，达到信道帧容量帧丢失率帧丢失率?Slot-alohaPure-aloha26介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院2.3 CSMAl对对ALOHA或或slot ALOHA的性能不够满意的性能不够满意l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

25、备发送时，若“听到听到”信道上有站点发送，就推迟发送，信道上有站点发送，就推迟发送，直到信道直到信道“空闲空闲”为止，从而主动避免了冲突为止，从而主动避免了冲突Carrier Sense Multi-Access (CSMA)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

26、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27介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMAl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

27、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随机后退情况下，都需要重新侦听信道随机后退随机后退28介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMA载波侦听动画（一）载波侦听动画（一）t t信道空闲信道空闲信道空闲信道空闲A A侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据信号到达信号到达信号到达信号到达B B处处处处B B侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送A AB B29介质访问子层介质访问

28、子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMA载波侦听动画连续（一）载波侦听动画连续（一）t t信道空闲信道空闲信道空闲信道空闲A A侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据信号到达信号到达信号到达信号到达B B处处处处B B侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送侦听信道，抑制发送A AB B30介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMA载波侦听动画（二）载波侦听动画（二）t t信道空闲信道空闲信道空闲信道空闲A A侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据侦听信道，立即发送数据

29、信号到达信号到达信号到达信号到达B B处，产生冲突处，产生冲突处，产生冲突处，产生冲突B B侦听信道，立即发送侦听信道，立即发送侦听信道，立即发送侦听信道，立即发送A AB B信号传播延时信号传播延时信号传播延时信号传播延时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因为信号传播延时是很短的以的以2/3光速传播光速传播31介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMA发送流程发送流程信道忙信道忙否否侦听侦听是是信道闲信道闲准备发送准备发送完成完成发送发送准备发送准备发送信道忙信道忙否否侦听侦听完成完成是是信道闲信道闲发送发送后退后退时间到时间到信道忙信道忙

30、否否侦听侦听完成完成是是信道闲信道闲发送发送后退后退时间到时间到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又回落到小于又回落到小于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也降不下也降不下来，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现，是网络抗过载能力强的体现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-al

31、oha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GS1S235介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMA的冲突问题的冲突问题l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，信道，10us30Km信道，信道，100us100Mbps信道：信道：100us*100*106=10000bits介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院CSMA后退算法后退算法l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

32、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，转而发送下一帧，则放弃发送该帧，转而发送下一帧37介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院2.4 CSMA/CD（结合（结合P2

33、16、P233）l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，浪费信道资源仍有少量冲突存在，浪费信道资源引入条件：发送时如果能够发现冲突，就立即停止发送引入条件：发送时如果能够发现冲突，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站站C C冲突冲突冲突冲突减少信道浪费减少信道浪

34、费减少信道浪费减少信道浪费成功发送成功发送38介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院 冲突检测方法冲突检测方法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+=超高超高超高超高收收 发发冲突冲突信道信道39介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院冲突检测时间冲突检测时间l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td时到达最远端的站点时到达最远端的站点B，而，而B恰好在此恰好在此时开始发送。时开始发送。站点站点B马上

35、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的来验证是否冲突的来验证是否冲突l故：冲突检测时间故：冲突检测时间 240介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院冲突检测后的处理冲突检测后的处理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最大冲突检测时间一个时间片最大冲突检测时间(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

36、二进制指数回退算法最大重试次数最大重试次数15次次当当k10时，时，W维持维持210不变不变whilekattempt_limitwhilekattempt_limitk+;k+;if(k=10)W+=Wif(kdAddr) sendto(outIF,Frm)91介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院4.7.3 以太网网桥以太网网桥l链路层选择性多路中继链路层选择性多路中继dMac sMac TData以太网帧结构以太网帧结构网桥网桥网桥网桥DS?通信过程描述通信过程描述92介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院实例分析实例分析-1l总线型和总线型和

37、HUB型组网型组网HUB能否进行链路选择性中继？能否进行链路选择性中继？站点的工作过程有无差异？站点的工作过程有无差异？网络的性能有无差异？网络的性能有无差异？HUB物理层中继物理层中继93介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院实例分析实例分析-2l网桥的作用网桥的作用数据帧在网络中出现的位置数据帧在网络中出现的位置不同组网形式下站点的工作方式不同组网形式下站点的工作方式不同组网形式的通信性能不同组网形式的通信性能HUBHUBHUBHUB网桥网桥HUBHUBHUBHUB型组网型组网带网桥的组网带网桥的组网网桥网桥HUBHUBHUB网桥网桥纯网桥的组网纯网桥的组网94介质访

38、问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院实例分析实例分析-3l不同速率间的中继在不同速率间的中继在C/S模型中的组网模型中的组网l不同速率网络间的组网通信不同速率网络间的组网通信网桥网桥1000Mb100Mb100M以太网以太网1000M以太网以太网100M以太网以太网100M以太网以太网Bridge95介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院4.7.4 网桥的核心技术网桥的核心技术-1l地址表的生成与维护：自学习法地址表的生成与维护：自学习法对接收到的所有帧，记录源地址和接收接口对接收到的所有帧，记录源地址和接收接口查找目的地址对应的接口，转发数据帧查找目的

39、地址对应的接口，转发数据帧根据站点活动情况，刷新生命期根据站点活动情况，刷新生命期删除长期不活动的站点记录删除长期不活动的站点记录l初始化工作初始化工作地址表为空地址表为空记录源地址，逐步建立地址表记录源地址，逐步建立地址表对无记录的目的地址，向所有接口转发对无记录的目的地址，向所有接口转发(广播广播)网桥网桥网桥网桥地址表地址表地址地址接口接口生命期生命期描述网桥建立地址表的过程描述网桥建立地址表的过程网桥网桥HUBHUBHUB96介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院实例分析实例分析-4l描述网桥建立地址表的过程描述网桥建立地址表的过程l说明说明HUB是否也需要地址表

40、？是否也需要地址表？网桥网桥HUBHUBHUB97介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院实例分析实例分析-5l网桥的组网网桥的组网描述数据帧的传输过程描述数据帧的传输过程描述各网桥中地址表的建立过程描述各网桥中地址表的建立过程与上一页的图相比，说明功能和性能上的变化与上一页的图相比，说明功能和性能上的变化网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥98介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院网桥的核心技术网桥的核心技术-2l网桥环路问题网桥环路问题网桥不能构成有环路形式的组网结构网桥不能构成有环路形式的组网结构描述网桥的环路问题描述网桥的环路问题但环路能克服链路故

41、障带来的通信中断问题但环路能克服链路故障带来的通信中断问题l生成树算法与协议生成树算法与协议生成树算法生成树算法在有环路出现的情况下，生成树状在有环路出现的情况下，生成树状“工作工作”拓扑结构拓扑结构生成树协议生成树协议工作中监测链路工作中监测链路/网桥故障，一旦出现，更新树状结构，保持网桥间的连通网桥故障，一旦出现，更新树状结构，保持网桥间的连通网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥多环路组网多环路组网树状工作拓扑结构树状工作拓扑结构99介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信

42、息工程学院实例分析实例分析-6l描述网桥的环路问题描述网桥的环路问题网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥100介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院网桥的核心技术网桥的核心技术-3l以太网交换机以太网交换机全硬件实现网桥基本功能全硬件实现网桥基本功能(生成树协议除外生成树协议除外)MACMACMACMACMACMACMACMAC地址表地址表交换、转发交换、转发级联级联通路通路以太网交换芯片以太网交换芯片控制控制接口接口以太网交换机以太网交换机以太网交换板以太网交换板101介质访问子层介质访问子层通信与信息

43、工程学院通信与信息工程学院交换机硬件高速查表算法交换机硬件高速查表算法lHash算法算法将将48bit转换成转换成13bit(8K)、14bit(16K)个表项个表项h(13bit)=Hash(Mac48bit)例例Hash(Mac)=Mac/8191, 结果在结果在08191)范围内范围内l分析：采用分析：采用Hash查表算法带来的问题查表算法带来的问题地址地址接口接口生命期生命期8K个表项个表项源源MAC地址地址(48bit)Hash记录记录/刷新第刷新第hs项项hs目的目的MAC地址地址(48bit)Hashhd查找第查找第hd项项102介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信

44、息工程学院网桥的核心技术网桥的核心技术-4l不同网络间的中继不同网络间的中继(例：以太网与令牌环例：以太网与令牌环)存在诸多技术障碍存在诸多技术障碍地址变换地址变换以太网信道以太网信道令牌环信道令牌环信道Body以太网帧以太网帧Body令牌环帧令牌环帧帧头变换帧头变换物理层物理层A物理层物理层B中继中继以太网以太网令牌环令牌环若干障碍若干障碍以太网地址以太网地址-令牌环地址令牌环地址?-优先级优先级-应答时限应答时限帧长度帧长度L1-帧长度帧长度L2。103介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院网桥核心技术之三网桥核心技术之三l互联不同互联不同LAN时面临的协议转换技术难

45、题时面临的协议转换技术难题帧格式不同，需要帧格式不同，需要“翻译翻译”。网桥技术的部分难点，至今没有很好地解决网桥技术的部分难点，至今没有很好地解决104介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院网桥技术网桥技术l远程网桥远程网桥网桥之间采用点到点连接，使用点到点协议网桥之间采用点到点连接，使用点到点协议MAC1MAC1MAC2MAC2D D S SBodyBodyB1B1B2B2D D S SBodyBodyP PD D S SBodyBodyPPPHeaderPPPB105介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院桥技术的深入理解桥技术的深入理解l网桥的

46、连接性网桥的连接性网桥接收所有的数据透明性网桥接收所有的数据透明性用户站点并不知道网桥的存在，因此以为目的站是直接相连的。用户站点并不知道网桥的存在，因此以为目的站是直接相连的。网桥对未知目的地数据采用扩散方式，一定要送到目的。网桥对未知目的地数据采用扩散方式，一定要送到目的。对于广播帧，网桥要将其转发到各个端口对于广播帧，网桥要将其转发到各个端口l网桥隔离了冲突域网桥隔离了冲突域存储转发的机制使桥两端可以同时有数据在线存储转发的机制使桥两端可以同时有数据在线l无论如何，网桥在数据链路层互连，其结果就是实现所无论如何，网桥在数据链路层互连，其结果就是实现所有的站点有的站点“直接相连直接相连”。其互连规模有限，隔离性也有。其互连规模有限，隔离性也有限限重重重重106介质访问子层介质访问子层通信与信息工程学院通信与信息工程学院