介质访问控制精选PPT.ppt

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1、介质访问控制链路层和局域网5-1第1页，此课件共25页哦链路层和局域网5-2多址访问协议多址访问协议r单个共享广播信道单个共享广播信道r两个或多个节点同时传输：冲突（碰撞）两个或多个节点同时传输：冲突（碰撞）m冲突（碰撞）：一个节点同时接收两个或多个信号时发冲突（碰撞）：一个节点同时接收两个或多个信号时发生冲突生冲突m在某个时刻只有一个节点发送数据才可以发送在某个时刻只有一个节点发送数据才可以发送成功成功信息信息多址访问协议多址访问协议r分布式算法决定各节点如何共享信道，即决定节点分布式算法决定各节点如何共享信道，即决定节点什么时候可以传数据什么时候可以传数据r共享信道既要负责进行数据传输，又

2、要负责分布式共享信道既要负责进行数据传输，又要负责分布式算法的控制信息的传输算法的控制信息的传输m没有带外信道传输控制信息没有带外信道传输控制信息第2页，此课件共25页哦链路层和局域网5-3理想的多址访问协议理想的多址访问协议速率为速率为R bps的广播信道的广播信道1.当一个节点有数据发送时，它能以当一个节点有数据发送时，它能以R bps的速率发送的速率发送.2.当有当有M个节点要发送数据，每个节点的平均发送速率为个节点要发送数据，每个节点的平均发送速率为 R/M3.完全分散完全分散:m不需要主节点协调传输不需要主节点协调传输m不需要时钟、时隙同步不需要时钟、时隙同步4.简单简单第3页，此课

3、件共25页哦链路层和局域网5-4MAC 协议协议:分类分类3大类大类:r信道划分信道划分m把信道划分为小把信道划分为小“片片”(时隙，频分，码分时隙，频分，码分)m给节点分配专用的小给节点分配专用的小“片片”r随机访问随机访问m不划分信道，允许冲突不划分信道，允许冲突m能从冲突中能从冲突中“恢复恢复”r轮流轮流m通过集中调整共享访问避免冲突通过集中调整共享访问避免冲突第4页，此课件共25页哦链路层和局域网5-5时分多路访问时分多路访问:TDMATDMA:time division multiple access r轮流访问信道轮流访问信道r在每个循环中，每个站点得到一个固定长度的时隙在每个循环

4、中，每个站点得到一个固定长度的时隙m时隙长度通常为数据服务单元的发送时间时隙长度通常为数据服务单元的发送时间r未被使用的时隙空闲未被使用的时隙空闲r例子：例子：6个站点的局域网，个站点的局域网，1,3,4 被使用，被使用，2,5,6空闲空闲 第5页，此课件共25页哦链路层和局域网5-6频分多路访问频分多路访问:FDMAFDMA:frequency division multiple access r信道被分成不同频段信道被分成不同频段r每个站点分配一个固定的频段每个站点分配一个固定的频段r未被使用的频段空闲未被使用的频段空闲r例子：例子：6个站点的局域网，个站点的局域网，1,3,4 被使用，被

5、使用，2,5,6空闲空闲frequency bandstime第6页，此课件共25页哦链路层和局域网5-7频分多路复用频分多路复用 频分多路复用的原理图频分多路复用的原理图 第7页，此课件共25页哦链路层和局域网5-8码分多路访问码分多路访问(CDMA)CDMA(Code Division Multiple Access)r每个节点分配一个唯一的码片每个节点分配一个唯一的码片r每个节点用它唯一的码片来对它发送的数据进行每个节点用它唯一的码片来对它发送的数据进行编码编码r允许多个节点允许多个节点“共存共存”，信号可叠加，即可以同，信号可叠加，即可以同时传输数据而无冲突时传输数据而无冲突(如果编码

6、如果编码 是是“正交化正交化”的的)第8页，此课件共25页哦链路层和局域网5-9波分多路复用波分多路复用 波分多路复用波分多路复用第9页，此课件共25页哦链路层和局域网5-10随机访问协议随机访问协议r节点有数据包发送节点有数据包发送m以信道满数据率以信道满数据率R传送传送m节点间没有协调者节点间没有协调者r2个或更多的发送节点个或更多的发送节点-“冲突冲突collision”,r随机访问随机访问MAC协议协议要求要求:m能够检测冲突能够检测冲突m能够从冲突中恢复能够从冲突中恢复(例如：通过延时重传例如：通过延时重传)r随机访问随机访问MAC协议实例：协议实例：mALOHAm时隙时隙ALOHA

7、mCSMA,CSMA/CD,CSMA/CA第10页，此课件共25页哦链路层和局域网5-11ALOHAAlOHA系统的一般模型第11页，此课件共25页哦链路层和局域网5-12时隙时隙ALOHA假设假设r所有帧大小相同所有帧大小相同r时间被划分为相同大小的时间被划分为相同大小的时隙，一个时隙等于传送时隙，一个时隙等于传送一帧的时间一帧的时间r节点只能在一个时隙的开节点只能在一个时隙的开始才能传送始才能传送r节点需要同步节点需要同步r如果一个时隙有多个节点如果一个时隙有多个节点同时传送，所有节点都能同时传送，所有节点都能检测到冲突检测到冲突实现实现r当节点要发送新帧，它等到下当节点要发送新帧，它等到

8、下一时隙开始时传送一时隙开始时传送r没有冲突，节点可以在下一时没有冲突，节点可以在下一时隙发送新帧隙发送新帧r如果有冲突，节点在随后的时如果有冲突，节点在随后的时隙以概率隙以概率p重传该帧，直到成重传该帧，直到成功为止。功为止。第12页，此课件共25页哦链路层和局域网5-13时隙时隙ALOHA(S-ALOHA)(1)r目的：目的：为了提高随机接入系统的吞吐量，可以将所有各站在时间上都为了提高随机接入系统的吞吐量，可以将所有各站在时间上都同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙T0,同时规定，不论帧在何同时规定，不论帧在何时产生，它只能在每个时隙开始时才能

9、发送出去。这样的时产生，它只能在每个时隙开始时才能发送出去。这样的ALOHA系统称为系统称为时隙时隙ALOHA(S-ALOHA)。r工作原理工作原理：第13页，此课件共25页哦链路层和局域网5-14时隙时隙ALOHA优点优点r单个活跃节点可以持续以单个活跃节点可以持续以满速率传送帧满速率传送帧r具有高分散性具有高分散性:只需节点只需节点的时隙同步的时隙同步r简单简单缺点缺点r冲突，浪费时隙冲突，浪费时隙r空闲时隙空闲时隙第14页，此课件共25页哦链路层和局域网5-15时隙时隙Aloha效率效率r假设有假设有N个节点，每个节点在时个节点，每个节点在时隙以概率隙以概率p发送发送r一个节点在一个时隙

10、成功传送一个节点在一个时隙成功传送的概率的概率=p(1-p)N-1r任一节点传送成功的概率任一节点传送成功的概率=Np(1-p)N-1 r为了得到为了得到N个活跃节点的个活跃节点的最大效率，必须找出使表最大效率，必须找出使表达式达式Np(1-p)N-1 取最大取最大值的值的p*r为了得到大量活跃节点的为了得到大量活跃节点的最大效率，最大效率，我们求我们求N趋近趋近无穷时无穷时Np*(1-p*)N-1 极极限值，计算可知最大效率限值，计算可知最大效率为为1/e=0.37效率效率：当有很多节点，每个节点有：当有很多节点，每个节点有很多帧要发送时，成功时隙所占的百很多帧要发送时，成功时隙所占的百分比

11、分比最佳最佳:信道有信道有 37%的有的有效传输效传输第15页，此课件共25页哦链路层和局域网5-16纯纯ALOHA图4-3-2纯ALOHA的工作原理第16页，此课件共25页哦链路层和局域网5-17纯纯(非时隙非时隙)ALOHAr非时隙非时隙Aloha:简单，不需同步简单，不需同步r帧一到达帧一到达m 立即传输立即传输r冲突概率增加冲突概率增加:m在在t0发送的帧和在发送的帧和在 t0-1,t0+1的发送的其它帧冲突的发送的其它帧冲突第17页，此课件共25页哦链路层和局域网5-18纯纯Aloha效率效率P(给定节点成功传送给定节点成功传送)=P(节点传送节点传送).P(没有其他节点在没有其他节

12、点在t0-1,t0内传送内传送).P(没有其他节点在没有其他节点在t0,t0+1内传送内传送)=p.(1-p)N-1.(1-p)N-1 =p.(1-p)2(N-1)选择选择p值，然后求值，然后求N-无穷时的极限无穷时的极限.最大效率最大效率=1/(2e)=0.18 第18页，此课件共25页哦链路层和局域网5-19“轮转轮转”MAC协议协议分割信道分割信道MAC协议协议m在高负载的情况下，信道共享公平高效在高负载的情况下，信道共享公平高效m低负载效率低：延迟访问，如果只有一个活跃节点低负载效率低：延迟访问，如果只有一个活跃节点只分配了只分配了 1/N的带宽的带宽随机访问随机访问MAC协议协议m低

13、负载效率高：单个节点可以获得整个信道低负载效率高：单个节点可以获得整个信道m高负载：冲突开销大高负载：冲突开销大“轮转轮转”协议协议两者的折中两者的折中!第19页，此课件共25页哦链路层和局域网5-20多址访问协议-轮流协议r第一种：轮询协议第一种：轮询协议一个节点被指定为主节点，主节点以循环的方式轮询每一个节点被指定为主节点，主节点以循环的方式轮询每个节点。个节点。主节点首先给节点主节点首先给节点1发送一个报文，告诉它能够传输的发送一个报文，告诉它能够传输的最大帧数，节点最大帧数，节点1传完之后，主节点告诉节点传完之后，主节点告诉节点2能够传输的能够传输的最大帧数，以这种方式继续。（主节点可

14、以观察信道上是否有信最大帧数，以这种方式继续。（主节点可以观察信道上是否有信号来判断某个节点是否完成了发送）号来判断某个节点是否完成了发送）第20页，此课件共25页哦链路层和局域网5-21多址访问协议-轮流协议r第二种：令牌传递协议第二种：令牌传递协议没有主节点，一个称为令牌的帧在节点之没有主节点，一个称为令牌的帧在节点之间传输，当一个节点收到令牌时，只有当它有间传输，当一个节点收到令牌时，只有当它有数据要传输，它才持有这个令牌，否则向下一数据要传输，它才持有这个令牌，否则向下一个节点转发令牌。个节点转发令牌。第21页，此课件共25页哦链路层和局域网5-22“轮转轮转”MAC协议协议轮询轮询:

15、r主节点轮流主节点轮流“邀请邀请”从属节点传送数据从属节点传送数据r关注：关注：m轮询开销轮询开销 m延迟延迟m主节点失效，整个网络失效主节点失效，整个网络失效令牌传递：令牌传递：r控制令牌从一个节点顺序传到下一控制令牌从一个节点顺序传到下一个节点个节点r令牌消息令牌消息r关注：关注：m令牌开销令牌开销m延时延时m令牌失效令牌失效 第22页，此课件共25页哦链路层和局域网5-23令牌环网的基本原理r令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式。其有如下特点：控制方式。其有如下特点：m一个环只有一个令牌；一个环只有一个令牌；m令牌是站点能进行数据发

16、送的凭证，只有获得令牌的令牌是站点能进行数据发送的凭证，只有获得令牌的站点才能进入数据发送工作方式；站点才能进入数据发送工作方式；m令牌环绕环行驶。令牌环绕环行驶。m令牌有令牌有“忙（忙（BusyBusy）”和和“空闲（空闲（FreeFree）”两种信息两种信息状态。状态。第23页，此课件共25页哦链路层和局域网5-24令牌环访问基本原理 r当一个站点要发送数据时，必须等待空令牌通过当一个站点要发送数据时，必须等待空令牌通过本站，然后将令牌改成忙令牌，然后把数据发送本站，然后将令牌改成忙令牌，然后把数据发送到环网。到环网。r数据在环上循环一周后再回到发送站，由发送站数据在环上循环一周后再回到发

17、送站，由发送站将帧从环上移去，同时将忙令牌改成空令牌，传将帧从环上移去，同时将忙令牌改成空令牌，传给下一个站。给下一个站。r数据帧环绕通过各站时，各站都要将帧的地址与数据帧环绕通过各站时，各站都要将帧的地址与本站地址相互比较，如果地址相符，则将帧拷贝本站地址相互比较，如果地址相符，则将帧拷贝到本站缓冲区，同时将帧送回环，使帧继续沿环到本站缓冲区，同时将帧送回环，使帧继续沿环传送；如地址不符则简单地将帧送回环。传送；如地址不符则简单地将帧送回环。第24页，此课件共25页哦链路层和局域网5-25MAC协议总结协议总结r共享介质共享介质m信道分割：时间，频率，代码信道分割：时间，频率，代码时分，码分，频分时分，码分，频分m随机分割随机分割(动态动态)ALOHA,S-ALOHA,CSMA,CSMA/CDCSMA/CD用于以太网用于以太网,CSMA/CA用于无线网络用于无线网络m轮转轮转中心节点轮询，令牌传递中心节点轮询，令牌传递第25页，此课件共25页哦