第十三章 信道分配策略多址协议.ppt

第四章 介质（媒体）访问控制子层 Medium Access Control Sublayer 本章主要内容 信道分配策略 多址协议 令牌环网 以太网：共享式以太网，交换式以太网，快速以太网，千兆位以太网 无线局域网 数据链路层交换：网桥，虚拟局域网 几个术语 Multiaccess channel：多址信道 random access channel：随机访问信道 medium：介质，媒体，信道 medium access：使用信道发送数据 medium access control（MAC）：决定谁可以使用信道发送数据 1 信道分配策略 静态分配： 固定分配信道的方式，如FDM和同步TDM； 适用于用户数少且数量固定、每个用户通信量较大的情况，不会产生冲突。 动态分配： 按需分配信道的方式，如异步TDM； 适用于用户数多且数量可变、突发通信的情况。 信道分配策略（2） 动态分配的三种策略： 竞争方式：各个用户竞争使用信道，不需要取得发送权就可以发送数据，这种方式会产生冲突。 无冲突方式：每个用户必须先获得发送权，然后才能发送数据，这种方式不会产生冲突，如预约或轮转方式。 有限竞争方式：以上两种方式的折衷。 2 多址协议 ALOHA 载波侦听多址协议（CSMA） 无冲突协议 有限竞争协议 无线局域网协议 2.1 ALOHA系统（1） 纯ALOHA的基本思想： 任何节点有数据发送就可以发送； 每个节点通过监听信道判断是否发生了冲突； 一旦发现冲突，随机等待一段时间后重新发送。 随机访问信道的效率： 当有大量的活动节点、每个节点总有大量的帧要发送时，长期运行过程中成功传输时间占总时间的份额。 几个概念 帧时（frame time）：发送一个标准长度的帧所需的时间。 N：每帧时内系统产生的新帧数目（0N1) G：每帧时内系统需要发送的总帧数（包括新帧和重发帧），这其实就是系统负载。 P0：发送的帧不产生冲突的概率。 S：系统吞吐量，指每帧时内系统能够成功传输的帧数，S = GP0。 纯ALOHA的易损时间区 纯ALOHA系统的信道效率 假设G服从泊松分布，则： 在一个给定的帧时内，产生k个帧的概率为： Pr[k]= Gke-G/k! 在一个给定的帧时内，没有帧出现的概率为： Pr[0]= e-G 对于一个给定的帧，在两个帧时内没有其它帧的概率为：P0 = e-G×e-G = e-2G S = GP0 = Ge-2G 当G = 0.5时，S达到最大值，为0.184。 ALOHA系统（2） 时分ALOHA的基本思想 将时间分成离散的时间片（slot），每个时间片用来传输一个帧； 每个节点只能在一个时间片的开始传送帧，其 它与纯ALOHA系统同。 时分ALOHA系统要求全局时钟同步。 时隙ALOHA的易损时间区 时分ALOHA系统的信道效率 与纯ALOHA相比，每个帧的易损时间区缩小了，冲突的概率随之减小，系统吞吐量随之提高。 P0 = e-G S = GP0 = Ge-G 当G = 1时，S达到最大值，为0.368。 纯ALOHA和时分ALOHA的性能比较 2.2 载波侦听多址协议--Carrier Sense Multiple Access Protocols 1-坚持CSMA 发送前先监听信道，信道忙则坚持监听直至发现信道空闲；若信道空闲立即（概率1）发送；发现冲突后随机等待一段时间，重新监听信道。 影响协议性能的因素：信号传播延迟，1-坚持的策略。 该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。 CSMA协议（续） 非坚持CSMA 发送前先监听信道，信道忙则放弃监听，等待一个随机时间后再监听，信道空闲则发送数据。 信道利用率高于1-坚持CSMA，但延迟特性要差些 。 CSMA协议（续） p-坚持CSMA，适用于时分信道： 发送前先监听信道，信道忙则等到下一个时间片再监听；信道空闲则以概率p发送数据，以概率1-p推迟到下一个时间片。下一个时间片执行相同的操作直至发送成功或检测到信道忙。 该协议试图在1-坚持CSMA和非坚持CSMA间取得性能折衷，影响协议性能的关键在于p的选择。 几个CSMA协议的性能比较 2.3 CSMA/CD--CSMA with Collision Detection 节点检测到冲突后立即停止冲突帧的发送，以节省时间和带宽。 协议的状态周期：由竞争周期、传输周期和空闲周期交织而成。 协议的效率近似为：η= 1/（1+5tprop/ttrans），其中tprop为信号在任意两个节点之间传播的最大时间，ttrans为传输一个最大长度的帧所需的时间。 该公式表明，当信道很长（即网络规模较大）或帧传输时间很短（帧很短或数据速率很高）时，协议的效率较低。 CSMA/CD的状态周期 2.4 无冲突协议（1） 位