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1、数据通讯与计算机网络电信学院信通系 洪伟第第 4 章章 局域网局域网4.1 局域网概述局域网概述4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率4.3 以太网的以太网的 MAC 层层4.3.1 MAC 层的硬件地址层的硬件地址4.3.2 两种不同的两种不同的 MAC 帧格式帧格式第第 4 章章 局域网局域网4.4 扩展的局域网扩展的局域网4.4.1 在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网4.4.2 在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网4.5 虚拟局域网虚拟局域网 4
2、.5.1 虚拟局域网的概念虚拟局域网的概念 4.5.2 虚拟局域网运用的以太网帧格式虚拟局域网运用的以太网帧格式第第 4 章章 局域网局域网4.6 高速以太网高速以太网4.6.1 100BASE-T 以太网以太网4.6.2 吉比特以太网吉比特以太网4.6.3 10 吉比特以太网吉比特以太网 4.7 其他种类的高速局域网其他种类的高速局域网4.7.1 100VG-AnyLAN 局域网局域网4.7.2 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口 FDDI4.7.3 高性能并行接口高性能并行接口 HIPPI4.7.4 光纤通道光纤通道 4.8 无线局域网无线局域网 4.8.1 无线局域网的组成无线局域网的
3、组成4.8.2 802.11 规范中的物理层规范中的物理层4.8.3 802.11 规范中的规范中的 MAC 层层第第 4 章章 局域网局域网4.1 局域网概述局域网概述n局域网最主要的特点是：网络为一个单局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。限。 n局域网具有如下的一些主要优点：局域网具有如下的一些主要优点：n能方便地共享昂贵的外部设备、主机以能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。及软件、数据。从一个站点可访问全网。n便于系统的扩展和逐渐地演化，各设备便于系统的扩展和逐渐地演化，各设备的位置可
4、灵敏调整和改动。的位置可灵敏调整和改动。n提高了系统的可靠性、可用性和残存性。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。局域网的拓扑局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网第第 4 章章 局域网局域网4.1 局域网概述局域网概述媒体共享技术媒体共享技术静态划分信道静态划分信道频分复用频分复用时分复用时分复用波分复用波分复用码分复用码分复用 动态媒体接入控制多点接入动态媒体接入控制多点接入随机接入随机接入受控接入受控接入 ，如多点线路探询，如多点线路探询(polling)，或轮询。，或轮询。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n1. 两个规范
5、 nDIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品以太网的规约。nIEEE 的 802.3 规范。nDIX Ethernet V2 规范与 IEEE 的 802.3 规范只需很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网。n严厉说来，“以太网该当是指符合 DIX Ethernet V2 规范的局域网 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层n为了使数据链路层能更好地顺应多种局域网规范，为了使数据链路层能更好地顺应多种局域网规范，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：委员会就将局域网的数据链
6、路层拆成两个子层：n逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层子层n媒体接入控制媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。子层。n与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而子层，而 LLC 子层那么与传输媒体无关，不论采用何种协议的子层那么与传输媒体无关，不论采用何种协议的局域网对局域网对 LLC 子层来说都是透明的子层来说都是透明的 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n局域网对局域网对 LLC 子层是透明的子层是透明的局 域 网网络层物理层站点
7、1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC 子层看不见下面的局域网4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n以后普通不思索以后普通不思索 LLC 子层子层n由于由于TCP/IP 体系经常运用的局域网是体系经常运用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是而不是 802.3 规范中的几种局规范中的几种局域网，因此如今域网，因此如今 802 委员会制定的逻辑链路委员会制定的逻辑链路控制子层控制子层 LLC即即 802.2 规范的作用曾经规范的作用曾经不大了。不大了。n很多厂商消费的网卡上就仅装有很多厂商消费的网卡上
8、就仅装有 MAC 协议而协议而没有没有 LLC 协议。协议。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n2. 网卡的作用网卡的作用n网网络接口板又称接口板又称为通通讯适配器适配器(adapter)或网或网络接口卡接口卡 NIC (Network Interface Card)，或，或“网卡。网卡。 n网卡的重要功能：网卡的重要功能：n进展串行展串行/并行并行转换。n对数据数据进展展缓存。存。n需求在需求在计算机的操作系算机的操作系统安装安装设备驱动程序。程序。n实现以太网以太网协议。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理CPU高
9、速缓存存储器I/O 总线计算机至局域网网络接口卡网卡串行通讯并行通讯4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n3. CSMA/CD 协议协议n最初的以太网是将许多计算机都衔接到一根总线上。最初的以太网是将许多计算机都衔接到一根总线上。当初以为这样的衔接方法既简单又可靠，由于总线上当初以为这样的衔接方法既简单又可靠，由于总线上没有有源器件。没有有源器件。B向 D发送数据 C D A E匹配电阻用来吸收总线上传播的信号匹配电阻不接受不接受不接受接受B只需 D 接受B 发送的数据4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n以太网的广播方式
10、发送以太网的广播方式发送n总线上的每一个任务的计算机都能检测到总线上的每一个任务的计算机都能检测到 B 发发送的数据信号。送的数据信号。 n由于只需计算机由于只需计算机 D 的地址与数据帧首部写入的的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只需地址一致，因此只需 D 才接纳这个数据帧。才接纳这个数据帧。 n其他一切的计算机其他一切的计算机A, C 和和 E都检测到不是都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不可以收下来。而不可以收下来。n具有广播特性的总线上实现了一对一的通讯。具有广播特性的总线上实现了一对一的通讯。 4.2 传统以太网传统以太
11、网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n为了通讯的简便以太网采取了两种重要为了通讯的简便以太网采取了两种重要的措施。的措施。n采用较为灵敏的无衔接的任务方式，即采用较为灵敏的无衔接的任务方式，即不用先建立衔接就可以直接发送数据。不用先建立衔接就可以直接发送数据。 n以太网对发送的数据帧不进展编号，也以太网对发送的数据帧不进展编号，也不要求对方发回确认。不要求对方发回确认。n这样做的理由是局域网信道的质量很好，这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生过失的概率是很小的。因信道质量产生过失的概率是很小的。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n
12、以太网提供的效力以太网提供的效力n以太网提供的效力是不可靠的交付，即尽最大以太网提供的效力是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。努力的交付。n当目的站收到有过失的数据帧时就丢弃此帧，当目的站收到有过失的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。过失的纠正由高层来决议。其他什么也不做。过失的纠正由高层来决议。n假设高层发现丧失了一些数据而进展重传，但假设高层发现丧失了一些数据而进展重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。一个新的数据帧来发送。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n载波波监听多点接入
13、听多点接入/碰撞碰撞检测CSMA/CDnCSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n“多点接入表示多点接入表示许多多计算机以多点接入的方式算机以多点接入的方式衔接在接在一根一根总线上。上。n“载波波监听是指每一个站在听是指每一个站在发送数据之前先要送数据之前先要检测一一下下总线上能否有其他上能否有其他计算机在算机在发送数据，假送数据，假设有，那有，那么么暂时不要不要发送数据，以免送数据，以免发生碰撞。生碰撞。 n总线上并没有什么上并没有什么“载波。因此，波。因此， “载波波监听就是听就是用用电子技子技
14、术检测总线上有没有其他上有没有其他计算机算机发送的数据送的数据信号。信号。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n“碰撞碰撞检测就是就是计算机算机边发送数据送数据边检测信信道上的信号道上的信号电压大小。大小。n当几个站同当几个站同时在在总线上上发送数据送数据时，总线上的上的信号信号电压摆动值将会增大相互叠加。将会增大相互叠加。n当一个站当一个站检测到的信号到的信号电压摆动值超越一定的超越一定的门限限值时，就以，就以为总线上至少有两个站同上至少有两个站同时在在发送数据，送数据，阐明明产生了碰撞。生了碰撞。n所所谓“碰撞就是碰撞就是发生了冲突。因此生了冲突。因此“
15、碰撞碰撞检测也称也称为“冲突冲突检测。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n在发生碰撞时，总线上传输的信号产生在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。信息来。n每一个正在发送数据的站，一旦发现总每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立刻停顿发送，线上出现了碰撞，就要立刻停顿发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。随机时间后再次发送。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n电磁波在总线上的
16、有限传播速率的影响电磁波在总线上的有限传播速率的影响n当某个站监听到总线是空闲时，也能够总线并当某个站监听到总线是空闲时，也能够总线并非真正是空闲的。非真正是空闲的。 nA 向向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才干发出的信息，要经过一定的时间后才干传送到传送到 B。nB 假设在假设在 A 发送的信息到达发送的信息到达 B 之前发送本人之前发送本人的帧的帧(由于这时由于这时 B 的载波监听检测不到的载波监听检测不到 A 所发所发送的信息送的信息)，那么必然要在某个时间和，那么必然要在某个时间和 A 发送发送的帧发生碰撞。的帧发生碰撞。n碰撞的结果是两个帧都变得无用。碰撞的结果是两个帧都变得无
17、用。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理1 kmABt碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程端到端传播时延记为 1 kmABt碰撞t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停顿发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的
18、任务原理n重要特性重要特性n运用运用 CSMA/CD 协议的以太网不能进展协议的以太网不能进展全双工通讯而只能进展双向交替通讯全双工通讯而只能进展双向交替通讯半双工通讯。半双工通讯。n每个站在发送数据之后的一小段时间内，每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的能够性。存在着遭遇碰撞的能够性。 n这种发送的不确定性使整个以太网的平这种发送的不确定性使整个以太网的平均通讯量远小于以太网的最高数据率。均通讯量远小于以太网的最高数据率。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n4. 争用期争用期n最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经最先发送数据帧的站，在
19、发送数据帧后至多经过时间过时间 2 两倍的端到端往返时延就可知两倍的端到端往返时延就可知道发送的数据帧能否蒙受了碰撞。道发送的数据帧能否蒙受了碰撞。n以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或称为争用期，或碰撞窗口。碰撞窗口。n经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才干经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才干一定这次发送不会发生碰撞。一定这次发送不会发生碰撞。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n二二进制指数制指数类型退避算法型退避算法 (truncated binary exponential type)n发生碰撞的站在停生碰撞的站在停
20、顿发送数据后，要推送数据后，要推迟退避一退避一个随机个随机时间才干再才干再发送数据。送数据。n确定根本退避确定根本退避时间，普通是取，普通是取为争用期争用期 2 。n定定义重重传次数次数 k ，k 10，即，即n k = Min重重传次数次数, 10n从整数集合从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数，中随机地取出一个数，记为 r。重。重传所需的所需的时延就是延就是 r 倍的根本退避倍的根本退避时间。n当重当重传达达 16 次仍不能次仍不能胜利利时即即丢弃弃该帧，并向高，并向高层报告。告。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n争用期的长度争用期的
21、长度n以太网取以太网取 51.2 s 为争用期的长度。为争用期的长度。n对于对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发以太网，在争用期内可发送送512 bit，即，即 64 字节。字节。n以太网在发送数据时，假设前以太网在发送数据时，假设前 64 字节没字节没有发生冲突，那么后续的数据就不会发有发生冲突，那么后续的数据就不会发生冲突。生冲突。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n最短有效帧长最短有效帧长n假设发生冲突，就一定是在发送的前假设发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节字节之内。之内。 n由于一检测到冲突就立刻中止发送，这时曾经由于一检测到冲突就
22、立刻中止发送，这时曾经发送出去的数据一定小于发送出去的数据一定小于 64 字节。字节。 n以太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长字节，凡长度小于度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。的无效帧。4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的任务原理以太网的任务原理n强化碰撞强化碰撞n当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立刻停顿发送数据外，还要再继续除了立刻停顿发送数据外，还要再继续发送假设干比特的人为干扰信号发送假设干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让一
23、切用户都知，以便让一切用户都知道如今曾经发生了碰撞。道如今曾经发生了碰撞。数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开场冲突信道占用时间A 发送数据B 也可以检测到冲突，并立刻停顿发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。4.2 传统以太网传统以太网4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n传统以太网可运用的以太网可运用的传输媒体有四种：媒体有四种：n铜缆粗粗缆或或细缆n铜线双双绞线n光光缆n这样，以太网就有四种不同的物理，以太网就有四种不同的物理层。 10BASE5粗缆10BASE2细缆10BAS
24、E-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC数据率数据率Mbps基带或宽带基带或宽带段最大长度百米段最大长度百米10 Base 5铜缆或铜线衔接到以太网铜缆或铜线衔接到以太网的表示图的表示图 主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNC T 型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI维护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15衔接器BNC 衔接器插口RJ-45插头以太网的最大作用间隔以太网的最大作用间隔 250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1转发器网段 2网段 3转发器转发器转发器10BASE5n 分插头：插入电缆分插头：插入电缆n 收发器：发
25、送收发器：发送/接纳接纳, 冲突检测冲突检测, 电气隔离，超长控制电气隔离，超长控制n AUI：衔接件单元接口：衔接件单元接口 n 转发器转发器/中继器的作用：扩展信号传输间隔。将信号放中继器的作用：扩展信号传输间隔。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的大并整形后再转发，消除信号传输的 失真和衰减。是物失真和衰减。是物理层设备理层设备 粗缆vampire tapBNC端子端子收发器收发器AUI 电缆电缆NIC最大段长度最大段长度 500米米每段最多站点数每段最多站点数 100两站点间最小间隔两站点间最小间隔 2.5米米网络最大跨度网络最大跨度 2.8公里公里 4.2 传统以太网传统以太网4
26、.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n细缆以太网细缆以太网 10BASE2n用更廉价的直径为用更廉价的直径为 5 mm 的细同轴电缆的细同轴电缆(特性特性阻抗仍为阻抗仍为 50 W)，可替代粗同轴电缆。，可替代粗同轴电缆。 n将媒体衔接单元将媒体衔接单元 MAU 和媒体相关接口和媒体相关接口 MDI都都安装在网卡上，取消了外部的安装在网卡上，取消了外部的 AUI电缆。电缆。 n细缆直接用规范细缆直接用规范 BNC T 型接头衔接到网卡上型接头衔接到网卡上的的 BNC 衔接器的插口。衔接器的插口。10BASE2v BNC T型接头型接头 v 无需插入电缆无需插入电缆v 用于办公室
27、用于办公室LAN细缆细缆BNC 接头接头NIC段最大长度段最大长度 185m每段最多站点数每段最多站点数 30两站点间最短间隔两站点间最短间隔 0.5 m网络最大跨度网络最大跨度 925 m 4.2 传统以太网传统以太网4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n网卡的功能网卡的功能n数据的封装与解封数据的封装与解封 发送时将上一层交发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接纳时将以太网的帧剥去首部网的帧。接纳时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。和尾部，然后送交上一层。 n链路管理链路管理 主要是主要是 CSMA/CD
28、协议的实协议的实现。现。 n编码与译码编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。即曼彻斯特编码与译码。NRZ曼彻斯特曼彻斯特差分曼彻斯特差分曼彻斯特 (1同同0反反)逢逢“1变化化NRZ逢逢“0变化化NRZ 0 0 1 1 0 14.2 传统以太网传统以太网4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n星形网星形网 10BASE-Tn不用电缆而运用无屏蔽双绞线。每个站需求用不用电缆而运用无屏蔽双绞线。每个站需求用两对双绞线，分别用于发送和接纳。两对双绞线，分别用于发送和接纳。n在星形网的中心那么添加了一种可靠性非常高在星形网的中心那么添加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器的设备，叫做集线器
29、(hub)。 n集线器运用了大规模集成电路芯片，因此这样集线器运用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。的硬件设备的可靠性已大大提高了。10BASETNICv Hub集线器相当于多端口转发器集线器相当于多端口转发器v 用于办公室用于办公室LANv 拓扑构造为星形，逻辑上依然是总线形拓扑构造为星形，逻辑上依然是总线形 hub段最大长度段最大长度 100m4.2 传统以太网传统以太网4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n以太网在局域网中的统治位置以太网在局域网中的统治位置n10BASE-T 的通讯间隔稍短，每个站到集线器的通讯间隔稍短，每个站到集线器的间隔
30、不超越的间隔不超越 100 m。n这种这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了本钱，又提高了可靠性。出现，既降低了本钱，又提高了可靠性。 n10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网开双绞线以太网的出现，是局域网开展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治位置奠定了结实的根底。在局域网中的统治位置奠定了结实的根底。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n集线器的一些特点集线器的一些特点n集线器是运用电子器件来模拟实践电缆线的任集线器是运用电子器
31、件来模拟实践电缆线的任务，因此整个系统依然像一个传统的以太网那务，因此整个系统依然像一个传统的以太网那样运转。样运转。 n运用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，运用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各任务站运用的还是各任务站运用的还是 CSMA/CD 协议，并共协议，并共享逻辑上的总线。享逻辑上的总线。 n集线器很像一个多端口的转发器，任务在物理集线器很像一个多端口的转发器，任务在物理层。层。4.2 传统以太网传统以太网4.2.2 传统以太网的衔接方法传统以太网的衔接方法 n具有三个端口的集线器具有三个端口的集线器集线器网卡任务站网卡任务站网卡任务站双绞线4.2 传统以太网传统以太网4
32、.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 我们假定：我们假定：总线上共有总线上共有 N 个站，每个站发送帧的概率个站，每个站发送帧的概率都是都是 p。争用期长度为争用期长度为 2 ，即端到端传播时延的两，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。帧长为帧长为 L (bit)，数据发送速率为，数据发送速率为 C (b/s)，因此帧的发送时间为，因此帧的发送时间为 L/C = T0 (s)。4.2 传统以太网传统以太网4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 一个帧从开场发送，经碰撞后再重传数次，到发送胜利一个帧从开场发送，经碰撞后再重传数次
33、，到发送胜利且信道转为空闲且信道转为空闲(即再经过时间即再经过时间 使得信道上无信号使得信道上无信号在传播在传播)时为止，共需平均时间为时为止，共需平均时间为 Tav。发发 送送 成成 功功 争用期争用期 争用期争用期 争用期争用期 222T0t占用期占用期 争用期的平均个数争用期的平均个数 NR 发送一帧所需的平均时间发送一帧所需的平均时间 Tav4.2 传统以太网传统以太网4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 前提：重前提：重载且且负载为常数，即任一常数，即任一时辰辰总有有N个站点要个站点要发送；重送；重传概概率也率也为常数；常数；设一一时隙内每个站点隙内每个站点发送概率送概率
34、为p 令令 A 为某个站某个站发送送胜利的概率，那么利的概率，那么 A = P某个站某个站发送送胜利利 = Np(1 p)N 1 (4-1)显然，某个站然，某个站发送失送失败的概率的概率为 1 A。因此，。因此， P争用期争用期为 j 个个 = P发送送 j 次失次失败但下一次但下一次胜利利 = (1 A)jA (4-2)争用期的平均个数等于争用期的平均个数等于帧重重发的次数的次数 :NR= = j j A(1-A) j -1 = 1/A (4-3)4.2 传统以太网传统以太网4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 求出以太网的信道利用率它又称为归一化吞吐量为：求出以太网的信道利用率
35、它又称为归一化吞吐量为：这里这里参数参数 a 是总线的单程传播时延与帧的发送时延之比。是总线的单程传播时延与帧的发送时延之比。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 假假设设法使法使 A 为最大，那么可最大，那么可获得最大的信道利得最大的信道利用率。将用率。将(4-4)式式对 p 求极大求极大值，得出当，得出当 p = 1/N 时可使可使 A等于其极大等于其极大值 Amax： 当当 N 时，Amax = 1/e 0.368。4.2 传统以太网传统以太网4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 将将(4-6)式式中中的的 Amax 值代代入入(4-
36、4)式式，即即得得出出信道利用率的最大信道利用率的最大值 Smax。 取取 A = Amax = e1 0.368 时，(4-4)式式可可简化化为： 假假设 a0，那那么么信信道道利利用用率率的的最最大大值可可到到达达 100%。 a 1 时的信道利用情况时的信道利用情况a = 4 ABABt = T0ABABt = 3T0t = 4T0t = 2T0ABt = 5T0参数 a = 4 使得信道利用率很低。 4.2 传统以太网传统以太网4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 参参数数 a a 可可以以很很容容易易地地和和时时延延带带宽宽积积联联络络起起来来, ,思思索索到到 T0 T
37、0 是是帧帧长长 L L 与与数数据据的的发发送送速速率率 C C之之比比，于于是是参参数数 a a 可可写为：写为：(4-9)(4-9)式式的的分分子子正正是是时时延延带带宽宽积积，或或以以比比特特为为单单位位的的信信道道长度，而分母是以比特为单位的帧长。长度，而分母是以比特为单位的帧长。 a = 0.01 时的信道利用情况时的信道利用情况参数 a = 0.01 使得信道利用率很高。 ABABt = t = 0.5ABt = 100ABt = 100.5纯ALOHA系统的任务原理演示冲突缘由：有两个以上站点同时发送帧冲突缘由：有两个以上站点同时发送帧1 12 2N-1N-1N N. 纯纯AL
38、OHA协议协议 分槽分槽(时隙时隙)ALOHA协议协议 发送发送等待随机时间等待随机时间有冲突有冲突发送发送等待随机时间等待随机时间 时间槽开场否有冲突有冲突YNYNNY纯ALOHA系统的信道效应A1A1帧产生生B1B1A2A2A2A2B1B1冲突冲突t1t1t t2 2B2B2A2A2t3t3B2B2t4t4B3B3A3A3站站A A站站B B信道上的信道上的总效效应A1A1B1B1A2A2B2B2t tt tt t纯ALOHA协议的性能分析主要性能参数：主要性能参数：S=GS=G PP胜利利发送一送一帧 吞吐率吞吐量吞吐率吞吐量S-T0S-T0内内胜利利发送的平均送的平均帧数数设帧为定定长， 站点独占信道站点独占信道时胜利利发送一送一帧所用的所用的时间为T0T0 网网络负载G-T0G-T0内内N N个站点个站点总共共发送的平均送的平均帧数数0 0SS11一一帧胜利利发送的条件：送的条件：该帧与其前后与其前后2 2帧的到达的到达间隔均大于隔均大于T0T0当前当前帧后一后一帧前一前一帧T0T0？
