精品课件教案ppt 信道共享技术分类依据连接方式

10/27/98 page 1 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 信道共享技术分类：依据连接方式 通过集中器或复用器连接 特点：附加设备，集中控制 接入方法：顺序扫描查询，或使用中断技术 通过公用信道连接 特点：一条公用信道连接所有主机，按协议分配信道 接入方法： 受控接入 集中式控制：轮叫轮询 ，主机按顺序逐 个询问各站是否有数据要发送 分散式控制：令牌环网，传递令牌，获 得令牌才有权发送数据 随机接入：站点可随时发送数据，争用信道，易冲突 10/27/98 page 2 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 通过复用器或集中器连接 主 机 前 端 机 MUX MM MMMUX T T T T T T C 10/27/98 page 3 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 信道共享技术分类 信道共享 TDMFDM STDMATDM 随机接入受控接入 CATV CBX CSMACSMA/CD 集中控制分散控制 轮询令牌 静态分配 动态分配 10/27/98 page 4 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 静态分配信道的缺点： 仅适用于站点较少、站点数目相对固定且每个站点通信量均较大的 情形，不适于突发性数据。 这种网络系统应属于M/M/1模型，即帧到达的时间服从泊松分布，平 均到达率为帧/秒；服务时间（即帧长）服从指数分布，平均帧长 为1/ 比特/帧；数据率为C bps，则平均发送时间为1/C秒/帧。 可计算出： 平均时延 1 C- T= 若采用静态分配方式，将信道分为N个独立的子信道，每个子信道 的数据率为C/N bps，每个子信道的平均到达率将为/N帧/秒，平均 时延将是： TD = (C/N) - /N 1 = C- N = NT 10/27/98 page 5 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 动态分配的前提：5个假定 1. 站模型假定：各站独立，且以固定速率 产生帧。在成功发送 一帧之前，站点不会产生新帧（单用户系统） 2. 单信道假定：只有一个信道，各站平等共享该信道 3. 冲突假定：若有冲突（两帧有重叠），必须重发 4. 时间假定 连续时间：帧可以在任何时刻发送 时隙：帧必须在时隙开始时发送 5. 载波假定 有载波：站点可以检测到信道是否空闲 无载波：站点在发送之前无法判断信道是否空闲 NN-121 主机 收 发 轮叫轮询接入方式 10/27/98 page 6 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 纯ALOHA协议 工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内 若收到应答，表示发送成功；否则重发 重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再 等待一段随机的时间，直到重发成功为止 缺点：极容易冲突 性能：网络负载 0. 5 吞吐量 0. 184 NN-121 接口总线信道 ALOHA系统的一般模型 10/27/98 page 7 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 纯ALOHA系统的工作原理图 A1 帧产生 B1 A2A2 B1 冲突 随机时间t1 t2 B2 A2 t3 B2 t4 B3 A3 站A 站B 信道上的 总效应 A1B1A2B2 10/27/98 page 8 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 纯ALOHA协议的性能分析 假定帧的产生服从泊松分布，其概率密度函数为： (t) = e -t , 其中t为到达时间间隔 主要性能参数： 吞吐率（吞吐量）S -T0 内成功发送的帧数 0 S 1 网络负载G - T0 内总共发送的平均帧数 T0 的含义：独占信道时成功发送一帧所用的时间 帧成功发送的条件：该帧与其前后2帧的间隔均大于T0 S与G的关系：S = G P发送成功 P发送成功 = P 连续2个到达间隔T0 = （P 到达间隔T0 ） 2 P 到达间隔T0 = T0 (t) dt = T0 (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -2G 极大值为 G=0.5时，S = 0.184 10/27/98 page 9 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 时隙ALOHA协议（S-ALOHA） 工作原理：将时间划分为一段段等长的时隙，规定帧不论何时产 生，只能在每个时隙开始时发送到信道上 重发策略：同纯ALOHA 性能：网络负载 1 吞吐量 0. 37 代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟 信号 帧发送成功的条件：没有其他帧在同一时隙内到达 P发送成功 = P 到达间隔T0 - Tx P 到达间隔 Tx = T0 -Tx (t) dt Tx (t) dt = T0 -Tx e -t dt Tx e -t dt = T0 -Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -G 极大值为 G= 1 时，S = 0.37 第k次发送成功的概率 Pk = e -G ( 1-e -G )k-1 平均重发次数 E= k Pk = k e -G ( 1-e -G )k-1 = e G k=1 k=1 10/27/98 page 10 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 时隙ALOHA系统的工作原理图 A1 帧产生 B3 A2 A2 B1 冲突 随机时间t1 t2 B2B2 B3 A3 站A 站B 信道上的 总效应 A1B1A2B2A3 10/27/98 page 11 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 预约ALOHA协议 工作原理：网络负载很轻时，网络按ALOHA方式工作 A 网络负载很重时，网络按接近于TDM的方式工作 各站点以某种方式预约帧的发送时隙，从而保证所发送的帧不 会与别的站的帧发生冲突 10/27/98 page 12 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN ABEGFEEC AGFEDCB 争用时隙 第 i 帧 ABEGFE 第 i+1 帧 ABEEDB 第 i+2 帧 ABEEEC第 i+3 帧 预约ALOHA之Binder方案 工作原理：N个时隙组成一个复用帧，每站点分配一个时隙，其余 时隙由各站点争用；若某站点暂时无数据发送，则让自己的时隙空 闲，其他站点检测到后，按ALOHA方式共享此时隙。 缺点： 出现争用冲突时，非时隙主人的站点必须停发一次， 观察时隙站主是否有数据要发送 时隙站主发送完，下一复用帧该时隙要空闲，供其他站 点观察时隙站主是否有数据要发送 10/27/98 page 13 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 预约ALOHA之Crowther方案 适用于站点数未知且可变的情况 工作原理：对任何时隙，所有站点均可争用。争用成功后，可以 一直占用。使用完毕后，再由其他站点重新争用。 缺点：有较多数据帧要发送的站点可能长时间垄断时隙 AFEDBGC 第 i 帧 AEDB 第 i+1 帧 A G A 第 i+2 帧 AD G A第 i+3 帧 D D 10/27/98 page 14 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 预约ALOHA之Roberts方案 工作原理： 每个站点发送数据之前必须进行预约。每个复用帧前面 的各时隙用于发送时隙，最后一个时隙再分成子时隙，专门用于预 约。请求按时隙ALOHA方式进行。 优点：冲突局限于较短的子时隙范围，提高信道利用率 AFDBGC 第 i 帧 ADG 第 i+1 帧 A CA 第 i+2 帧 AGA第 i+3 帧 B D D F 无数据发送时， 整个时隙均用于 预约 ABC 10/27/98 page 15 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN CSMA：载波监听多点访问 工作原理：发送前监听。附加硬件装置，每个站点在发送数据之前要监 听信道上是否有数据在传送。若有，则此站暂停发送，等待一段时间后重 试。 载波监听策略： 非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间 后 再次监听。 坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲 1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发送） p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据，即以概率1-p延迟一段 时间后再发送 性能：轻载时，1坚持CSMA吞吐量最大； 重载时，非坚持CSMA吞吐量最大。 缺点：由于传播时延的存在，冲突不可避免 10/27/98 page 16 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN CSMA的流程图 有待发帧？ 载波监听策略 （分时隙）延迟到下 一个时隙的开始 发送 等待2t 收到ACK？ 出口 N Y 延迟随机时间 N Y ALOHA l p? Y N 非坚持 CSMA 信道忙？ 选择0-1之间 的随机数l 信道忙？ 延迟t N N Y Y P坚持 CSMA 10/27/98 page 17 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多点访问 工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发 送。信道很快空闲，从而提高效率。 1-坚持的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监 听到冲突，则立即放弃发送 冲突检测方法： 比较接收到的信号电压的大小 检测曼彻斯特编码的过零点 比较接收到的信号与刚发出的信号 站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他 站点 退避算法：以截断二进制指数类型，来决定重发时延 从 0, 1, 2, ., 2 k-1 中随机取一个数r，重发时延 = r 基本重发时延 其中 k = min 重发次数，10 动态退避算法 10/27/98 page 18 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 无冲突协议之一：位图协议 工作原理：为N个站点分配N个时隙，每个时隙占1位。要发送数据的 站点在自己相应的时隙中填入“1”。按照申请信道的站点的序号占用信 道。 性能：设数据帧长为 d 轻载时，小序号站点发送前的平均等待时间为1.5N 大序号站点发送前的平均等待时间为0.5N 站点发送前的平均等待时间为5N 信道利用率为 d / (N+d) 重载时，信道接近于平均分配，相当于每帧有1位额外开销 信道利用率为 d / (d+1) 平均时延为 N (d+1) / 2 0 1 2 3 4 5 6 7 争用时隙 1 1 1137 争用时隙 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 52 数据帧数据帧 10/27/98 page 19 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 无冲突协议之二：二进制倒计数法 工作原理：具有最高地址的站点优先占用信道。 想要发送数据的所有站点从地址最高位开始逐位向信道上广播其地 址，并对这些位进行“或”运算，一个站点如果看到位运算结果大于自 己的地址当前位的值，就放弃发送。 信道利用率：d/(d+lnN), d为数据帧长，N为站点地址位数 问题：不公平，地址值小的站点很难占用信道 改进：每次发送之后重新对站点编号，刚发送完的站点排在最后 站A：0010 站B：0100 站C：1001 站D：1010 广播地址位 “或”运算结果 0 0 1 1 1 0 0 0 1 01 退出 退出 退出 获得占用信道的权利 0 0 10/27/98 page 20 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 有限竞争协议 提出：竞争法在轻载时性能较好；无冲突法在重载时信道利用率 高，考虑结合两种方法。 原理：减少参与竞争的站点数，即将站点分成多个互不相关的组 ，每组对应固定的时隙，由组内成员竞争 分组方法：动态分组，轻载时组成员多，重载时组成员少 适应树搜索协议 算法：取N个血液样本，混合，若无抗体，说明都是健康的； 1 N/2 N/2 +1 N 若有抗体，则分2组 再继续如此检查，直到找出 有病的样本 10/27/98 page 21 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 以二叉树实现搜索算法 0级 1级 2级 3级 1 23 4567 ABCDEFGH 站点 搜索开始的最佳级数 i= log2 q q为当前要发送数据的站点数 10/27/98 page 22 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 无源星形连接器：实现光纤LAN 发送端 接收端 玻璃柱 计算机 接口 站A 站B 10/27/98 page 23 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 波分多路复用协议 每个站点有2个信道：控制信道有m个时隙，用于与其他站点之间 联系；数据信道有n+1个时隙，其中 n个传送数据，1个用于报告站点 状态 每个站点有2个发送端，2个接收端： 固定波长接收端，用于监听自己的控制信道 可调波长发送端，用于向其他站点的控制信道发送数据 固定波长发送端，用于输出数据帧 可调波长接收端，用于选择其他站点的数据发送端来接收数据 提供3类业务： 面向连接业务 固定数据率 可变数据率 数据报 10/27/98 page 24 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 波分多路复用协议示例 站A向站B传送文件（建立AB的单向连接）： A把接收端调为B的数据信道波长，检查B的状态时隙，找出空闲控制 时隙 A选一个空闲时隙，如时隙1，插入Connection.request消息 B同意连接，在自己的状态时隙中通知A A在时隙1中向B发送控制消息，通知B从某数据时隙接收 B将自己的接收端波长调为A的数据发送端波长，读出数据帧 对于固定数据率业务，A在要求连接时，还应与B约定传送数据所用的 固定时隙 对于数据报业务，直接在控制信道中通知对方要发送数据的时隙 冲突： 争用控制信道时隙，都失败，需要重试 同时发送数据给同一站点，由接收方选择一个 10/27/98 page 25 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN LAN特性 l l 覆盖范围有限覆盖范围有限 l l 数据率较高数据率较高 l l 误码率较低误码率较低 l l 支持广播或组播支持广播或组播 l l 单一管理单一管理 hubhub hubhub hubhub hubhub routerrouter serverserver stationstation stationsstations stationsstations l 拓扑结构 n 总线型、星型、环型、树型 l 传输媒体 n 双绞线、同轴电缆、光纤、无线 l 媒体访问技术 n 按协议实现信道共享 10/27/98 page 26 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN LAN典型拓扑结构 n总线型/树型 : 所有结点都直接连接到共享信道 n星型 : 所有结点都连接到中央结点 n环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接 bus star ring ABC CA D C B ABC A C 10/27/98 page 27 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN LAN参考模型 网络层 数据链路层 物理层 逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC 高层 OSI IEEE 802 物理层 物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数 据率 （） （） （） SAP 10/27/98 page 28 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN LAN的数据链路层 按功能划分为两个子层：LLC和MAC 功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部 分进行区分，降低研究和实现的复杂度。 与传统的数据链路层的区别： LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播 支持MAC链路访问控制功能 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用. MAC子层功能：成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检测，寻 址 LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制， 帧序号处理，某些网络层功能 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准（LAN标准的区 别在MAC子层） 10/27/98 page 29 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 主要的LAN标准 l l 802.1 802.1 概述、体系结构、网络互连概述、体系结构、网络互连 l l 802.2 802.2 LLCLLC l l 802.3 CSMA/CD 802.3 CSMA/CD l l 802.4 Token Bus 802.4 Token Bus l l 802.5 Token Ring 802.5 Token Ring l l 802.6 802.6 分布队列双总线分布队列双总线DQDB -MANDQDB -MAN标准标准 l l FDDI FDDI 光纤分布数据接口光纤分布数据接口FDDIFDDI 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 DQDB FDDI 802.2 LLC 数据链路层 物理层 10/27/98 page 30 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 逻辑链路控制LLC子层 链路多路复用：多个SAP可以复用一条数据链路 （2）（1）（1） （3） 站点A站点B站点C LAN 进程 x y a b c m SAP LLC LLC LLC MAC MAC MAC 物理层物理层物理层 两种地址： MAC地址，DTE在网络中的物理地址（站地址），在MAC帧中传送 SAP地址，进程在DTE中的逻辑地址，在LLC帧中传送 （1）（2） 10/27/98 page 31 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 逻辑链路控制LLC子层 LAN中的寻址分成两步： 根据MAC地址找到目的站点 根据SAP地址找到该DTE中的相应进程 LLC提供的服务：4种操作类型 LLC1：不确认的无连接服务，适用于广播、组播通信，周期 性数据采集 LLC2：面向连接服务，适用于长文件传输 LLC3：带确认的无连接服务，适用于传送可靠性和实时性都 要求的信息，如告警信息 LLC4：高速传送服务，适用于MAN 10/27/98 page 32 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN LLC的帧结构 DSAPSSAP 控制数据 111/2 长度无限制 单位：字节 I/GC/R I/G：0 - 单个SAP地址 C/R：0 - 命令帧 1 - 组地址（全1为广播地址） 1 - 响应帧 控制字段：信息帧和监督帧与HDLC的扩展字段相同（2B） 无编号帧与HDLC的相同（1B） 高层PDU LLC数据 LLC首部 MAC首部MAC尾部 MAC数据 LLC帧和MAC 帧的关系 1188 10/27/98 page 33 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN MAC子层的地址问题 IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点的唯一标 识符，与其物理位置无关 MAC地址字段可以采用两种形式之一：6B 全球范围， 2B 单位范围 地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24 位由厂商分配 地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G 0 - 单个站地址 1 - 组地址 地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L 0 - 局部管理 1 - 全局管理 I/G U/L 46位地址 1 1 46 I/G 15位地址 1 15 10/27/98 page 34 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN Ethernet和IEEE 802.3 70 70年代中期由年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (BobXerox Palo Alto Research Center (Bob MetcalfeMetcalfe) ) 提出，数据率为提出，数据率为2.942.94MM，称为称为Ethernet Ethernet 后来由后来由DEC, Intel and Xerox (DIX DEC, Intel and Xerox (DIX 标准标准) )改进为改进为1010MM标准标准 1985 1985年定名为年定名为IEEE 802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的 LAN标准，数据率从1M到10M，支持多种传输媒体 EthernetEthernet是指基带总线是指基带总线LANLAN Ethernet Ethernet和和IEEE 802.3IEEE 802.3的帧格式不同的帧格式不同 10/27/98 page 35 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE 802.3 规范 不同标准不同标准 1010Base5 - Base5 - 粗缆粗缆EthernetEthernet 10Base2 - 10Base2 - 细缆细缆EthernetEthernet 10BaseT - 10BaseT - 双绞线双绞线 10 10BaseF - BaseF - 光缆光缆 10 10Broad36 - Broad36 - 宽带宽带 快速快速EthernetEthernet IEEE802.3u IEEE802.3u ：100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseF100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseF及及 100100 VG-VG-AnyLANAnyLAN 数据率（数据率（MbpsMbps）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 10/27/98 page 36 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 10Base5 分插头分插头 : : 插入电缆插入电缆 收发器收发器 : : 发送发送/ /接收接收, , 冲突检测冲突检测, , 电气隔离，超长控制电气隔离，超长控制 AUI : AUI : 连接件单元接口连接件单元接口 用于骨干网用于骨干网 最大段长度最大段长度 500 500米米 每段最多站点数每段最多站点数 100 100 两站点间最小距离两站点间最小距离 2.5 2.5米米 网络最大跨度网络最大跨度 2.8 2.8公里公里 粗缆粗缆 vampire tapvampire tap BNCBNC端子端子 收发器收发器 AUI AUI 电缆电缆 NICNIC 10/27/98 page 37 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 10Base2 细缆细缆 BNC BNC 接头接头 NICNIC BNC TBNC T型接头型接头 无需插入电缆无需插入电缆 用于办公室用于办公室LANLAN 段最大长度段最大长度 185 185mm 每段最多站点数每段最多站点数 30 30 两站点间最短距离两站点间最短距离 0 0.5 .5 mm 网络最大跨度网络最大跨度 925 925 m m 10/27/98 page 38 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 10BaseT NICNIC HubHub（集线器）相当于多端口转发器集线器）相当于多端口转发器 用于办公室用于办公室LANLAN 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器转发器/ /中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后 再转发，消除信号传输的失真和衰减。物理层设备。再转发，消除信号传输的失真和衰减。物理层设备。 hubhub 段最大长度段最大长度 100100mm 10/27/98 page 39 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 10BaseF 使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接。使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接。 3 3个标准个标准 10 10BaseFP - BaseFP - 无源星形拓扑无源星形拓扑, , 链路最长链路最长1 1 kmkm 10BaseFL - 10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长异步点到点链路，链路最长2 2 kmkm 10BaseFB - 10BaseFB - 同步点到点链路，链路最长同步点到点链路，链路最长2 2 kmkm，有有1515个层叠的个层叠的 转发器转发器 10Broad36 使用使用7575电缆连接，拓扑结构为树形电缆连接，拓扑结构为树形 用于宽带用于宽带LANLAN 10/27/98 page 40 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 多个网段互连 hubhub 1010Base2 - Base2 - 细缆细缆EthernetEthernet 1010Base5 Base5 粗缆粗缆EthernetEthernet 1010BaseTBaseT- -双绞线双绞线 routerrouter serverserver hubhub 网桥网桥 10/27/98 page 41 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE 802.3的体系结构与功能实现 物理层 5050同轴电缆同轴电缆 BNC BNC 连接连接 器器 收发器收发器 AUIAUI电缆电缆 网卡网卡 站接口 数据封装/解封（MAC帧） 链路管理（CSMA/CD协议） 曼彻斯特编码/译码 发送/接收 MAC LLC 10/27/98 page 42 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE802.3的物理层（与OSI略有不同） 分两个子层：物理信令PLS，负责位流的编码/译码，载波监听 物理媒体连接件PMA，与传输媒体相关，负责冲突检测、 超长控制、发送/接收串行位流 PLS和PMA可以在同一设备中，也可以在不同设备中 LLC MAC PLSLLC MAC PLS PMAPMA 高层 高层 DTE DTE AUI MAU MDI MDI AUI：连接件单元接口 MAU：媒体连接件单元 MDI：媒体相关接口 物理媒体 10/27/98 page 43 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN Ethenet/802.3操作 l每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据 l需要寻址机制来标识目的站点 l只有一个站点将收到的帧复制下来，其他站点都将丢弃帧 ABCABC ABCABC A A C 发现总线空闲 C发送帧，目的地址为A B 忽略该帧 A复制该帧 A 信号由终端电阻吸收 终端电阻 10/27/98 page 44 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE802.3/Ethernet帧格式 IEEE 802.3 IEEE 802.3 PA : PA : 前同步码前同步码 - - 1010101010101010序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步 SFD : SFD : 帧首定界帧首定界 - - 1010101110101011 DA: DA: 目的地址目的地址 - - MAC MAC 地址地址 SA: SA: 源地址源地址 - - MACMAC地址地址 LEN:LEN:数据长度（数据部分的字节数）（数据长度（数据部分的字节数）（0-15000-1500B B） Type: Type: 类型：高层协议标识类型：高层协议标识 LLC PDU+pad - LLC PDU+pad - 最少最少4646字节字节, , 最多最多15001500字节字节 pad pad 填充字段，保证帧长不少于填充字段，保证帧长不少于6464字节字节 FCS : FCS : 帧校验序列（帧校验序列（ CRC-32CRC-32 ） 7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节字节 FCSPA SALENSFDDALLC PDUPad 8 6 6 2 46-1500 48 6 6 2 46-1500 4字节字节 FCSSATypePADADataPad EthernetEthernet 校验区间校验区间 64-1518 64-1518 字节字节 10/27/98 page 45 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 帧间隔 l l 在相继发送的两帧之间强制插入在相继发送的两帧之间强制插入9.69.6msms的间隔的间隔 l l 以确保想要发送数据的其他站点也能占用信道以确保想要发送数据的其他站点也能占用信道 FCSSATypePADADataPad PA 帧间隔帧间隔 9.6 9.6 s s 10/27/98 page 46 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 最小帧长度：64字节 (1) 在0时刻开始 发送 (2) 大约在 -d 时刻到达 B (3) B 开始发送; 在 时刻发生冲突 (4) 冲突信号在 2 时刻到达A l 帧发送时延必须超过 2 ，以防止在第一位数据到达总线最远端 之前，数据已全部发送完毕，从而引起冲突；而发送方却误以为已 帧成功发送 l 此时隙时间为 51.2 s，即512 为bit，64字节 l 最小帧长为 64字节 (不包括前同步码) l 因此数据字段最少为 46 字节 A A A A B B B B A A 和和 B B 在总线的两端在总线的两端 10/27/98 page 47 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE 802.3的性能 前提：重载且负载为常数，即任一时刻总有k个站点要发送；重 传概率也为常数 设每个站点发送概率为p A= P某站点发送成功 = k p (1-p) k-1 p=1/k时，Amax = (1-1/k) k-1 , 取k , 则Amax = 1/e 竞争时间恰好包含j个时隙的概率为 A(1-A) j-1 , 则每次竞争占用的平均时隙数 = j A(1-A) j-1 = 1/A j=1 设时隙长度为2，则平均竞争时间为 w= 2 /A 若平均每帧发送时间为P秒， 则信道效率 = P/（P+ 2 /A ） 设帧长为F，网络带宽为B，电缆长度为L，信号传播速度为c， 取A=1/e，则信道效率 = 1/（1+2BLe/cF） 即给定帧长时，增加网络带宽或电缆长度都将降低信道效率。 10/27/98 page 48 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 交换式802.3LAN 问题： 站点数的增加将导致LAN的性能降低 解决方法：交换式LAN，中心设备为一个交换机，具有高速背板 ，可以插入4-32块卡；每块卡上有8个连接端口，支持10BAseT 工作原理：站点将帧发送到所连接的卡上，由卡来检查目的站点 是否连接到同一块卡；若是，则将帧复制到相应的端口；否则，通 过高速背板传送到目的站点所在的卡。 冲突问题：同一块卡上有两个端口同时发送 在卡上使用CSMA/CD协议 在卡上的RAM中缓存输入的帧，所有端口都可以同时收/发 10/27/98 page 49 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE802.5标准：令牌环 A B D C 站点 干线耦合器 单向环 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环 发送缓冲区接收缓冲区 接收 发送 线路 驱动 线路 接收 控制器 DTE 环路 插入 环路 输出 干线耦合器的组成 传输媒体：屏蔽双绞线、光纤，速率1M、4M、16Mbps， 最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码 10/27/98 page 50 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN 干线耦合器（TCU） 工作状态： 发送方式 （站点发送数据时） 收听（转发）方式 （其他时候） 工作原理： 收听方式下，TCU与DTE断开 延迟一位，将位流再生并转发 监视帧中是否出现本站地址和令牌 若出现本站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接 通，位流复制到DTE，同时继续转发；若出现令 牌且该DTE有数据要发送，则截获令牌，转为发 送方式，发送数据帧。 发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下 一个TCU的输入端。 截获：将令牌的独特标志转变为信息帧的标志 数据在绕环一周后回到源站，源站检查返回的数据帧，确 定发送是否成功；若没有数据要发送，则产生新令牌发送到 环路上。 DTE 延迟 TCU DTE 延迟 TCU K 发送方式 收听方式 10/27/98 page 51 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN Token Ring/802.5的操作 AT = 0 T = 0 T AT = 0 T = 0 T A T = 1T = 1 TDataC TDataC TDataCTDataC 10/27/98 page 52 School of Computer and Technology, BUPT Computer Networks CHRYSAN IEEE802.5的帧结构 起始、结束字段：4位特殊位（曼彻斯特编码中间无跳变） 访问控制字段： 起始 接入控制结束 1B1B1B 令牌帧 非令牌帧（信息帧/控制帧） 起始访问控制 帧控制 目的地址 源地址数据 FCS 结束 帧状态 1112/62/6 0411B P P P T M R R R 优先级位 令牌位监督位预约位 优先级与预约：规定只有优先级高于令牌内 PPP的站点才允许 截获令牌。要发送数据的站点可以在其