计算机通信与网络_CH03_数据链路层(08计本).ppt

计算机通信与网络ComputerTelecommunications Networks 第3章数据链路层 内容纲要 数据链路层的基本概念流量控制和差错控制点对点信道的数据链路层多路访问信道的数据链路层 内容纲要 数据链路层的基本概念流量控制和差错控制点对点信道的数据链路层多路访问信道的数据链路层 3 1数据链路层的基本概念 数据链路层在物理连接提供的比特流传输服务基础上 构成透明的 相对无差错的数据链路 实现可靠 有效的数据传送 数据链路层协议负责在物理网络与计算机的协议组之间提供一个接口 数据电路 数据链路 数据电路 物理链路或链路 在传输信道两端加上信号变换设备 如Modem 之后所形成的二进制比特流通路 即数据电路由传输信道加DCE组成 数据链路 逻辑链路 当需要在一条链路上传送数据时 须有一条物理线路加上一些通信协议来控制数据的传输 以保证被传输数据的正确性 实现这些通信协议的硬件和软件加到物理线路 就构成了数据链路 现在最常用的方法是使用适配器 即网卡 来实现这些通信协议 数据链路是在数据电路上增加传输控制功能实现的 只有建立了数据链路 才能真正地实现数据通信 3 1数据链路层的基本概念 数据链路的基本结构 线路拓扑 点到点链路多点链路数据链路层的传送方式 单工通信半双工通信 HalfDuplex 全双工通信 FullDuplex 3 1数据链路层的基本概念 在链路中 所连接的节点称为 站 发送命令或信息的站称为 主站 在通信过程中一般起控制作用 接收数据或命令并做出响应的站称为 从站 在通信过程中处于受控地位 同时具有主站和从站功能的 能够发出命令和响应信息的站称为复合站 3 1数据链路层的基本概念 3 1数据链路层的基本概念 在点到点链路中 两端的站可能是主站 从站或复合站 链路可以是不平衡的或平衡的结构 3 1数据链路层的基本概念 DTE DTE DTE DTE DTE DTE DTE 主从式点到多点链路 对等式点到多点链路 在主从式点到多点链路中 常常是不平衡的 在对等式点到多点链路中 常使用平衡型链路 数据链路层的目标 在原始的 有差错的物理传输线路的基础上 采取差错检测 差错控制与流量控制等方法 将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路 在数据链路上提供可靠的信息传输 向网络层提供高质量的服务 数据链路层的功能 1 链路管理 2 帧定界 3 流量控制 4 差错控制 5 将数据和控制信息区分开 6 透明传输 7 寻址 数据链路层的协议数据单元PDU 即传输和处理的数据单位 帧 物理层的任务是实现比特流的传送 但不能保证没有错误 需要数据链路层进行差错检测和纠正 为了便于实现流量控制和差错控制 数据链路层将比特流分解成离散的帧 独立地计算校验和 发送和接收 数据链路层的数据单元 帧 检验和发送方 将数据块分为若干段 每段8位所有的段使用反码相加获得总和总和求反变成校验和校验和与数据块一起发送接收方 接收每段8位的若干数据所有的段使用反码相加获得总和总和求反若接收方计算得出结果为0 则认为没有差错 接受数据 否则拒绝接受 数据链路层帧的结构包括 需要传输的数据 相应的控制信息 校验信息 帧之间的分隔标志等 封装成帧 在一段数据的前后分别添加首部和尾部 由此构成一个帧 其中的关键 链路层如何识别从物理层传来的信息 确定帧的开始与帧的结束 即确定帧的界限 帧的形成方法 字符计数法字符填充法带位填充的首尾标志法物理层编码违例法 字符计数法在一个帧的头部使用一个字段来标明帧内字符数 优点 成帧简单缺点 传输差错时很难确定差错位 且纠错困难字符填充法每一帧以ESCSOH开始 以ESCEOT结束 其中 ESC转义字符 十六进制为1B 二进制为00011011SOH帧开始EOT帧结束 带位填充的首尾标志法每一帧都用01111110作为开始和结束标志 如果发送的数据中连续出现5个1 就自动插入一个0 以保证不与01111110冲突 接收方检测到数据中连续出现5个1 就自动删除1个0 零比特填充 数据中某一段比特组合恰好出现和F字段一样的情况 01001111110001010 会被误认为是F字段 发送端在5个连1之后插入0比特再发送出去 填入0比特 010011111010001010 在接收端将5个连1之后的0比特删除 恢复原样 在此位置删除填入的0比特 010011111010001010 零比特的插入与删除 物理层编码违例法用编码机制中没有采用的编码形式 来标识帧的开始和结束 帧定界的作用 异步传输时 可以确定一个帧的开始和结束 同步传输时 发送方连续地发送数据帧 接收方从连续地比特流中 借助帧定界符找出每一帧的开始和结束位置 短暂出故障又很快恢复 重新发送帧的情况下 接收方根据帧定界符确定是接收还是丢弃 内容纲要 数据链路层的基本概念流量控制和差错控制点对点信道的数据链路层多路访问信道的数据链路层 在数据通信中 要求发送方发送数据的速率不能超过接收方接收和处理数据的速率 必须 当接收方来不及接收和处理数据时 就必须采取相应的措施来控制发送方发送数据的速率 一般流量控制是由接收方主动控制实现的 3 2流量控制和差错控制 1 完全理想化的数据传输 3 2流量控制和差错控制 数据链路层 主机A 缓存 主机B 数据链路 AP2 AP1 缓存 发送方 接收方 帧 高层 帧 完全理想化的数据传输有如下两个特点 1 链路是理想的传输信道 所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失 2 不管发送方以多快的速率发送数据 接收方总是来得及收下 并及时上交主机 在这样的理想条件下 不需要任何措施就可以实现可靠传输 但实际的网络都不具备这样的条件 因此上述两点只能是假定 1 完全理想化的数据传输 3 2流量控制和差错控制 3 2流量控制和差错控制 流量控制的目的 现代数据通信的交换方式 采用了存储转发的分组交换技术 当接收方的处理能力小于发送方的发送量时 必须采用流量控制 处理单元 没有缓冲空间了 后面分组丢弃 2 最简单流量控制的数据链路层协议 保留上述的第一个假定 即主机A向主机B传输数据的信道仍然是无差错的理想信道 但现在不能保证接收方向主机交付数据的速率永远不低于发送方发送数据的速率 这就需要流量控制 由收方控制发方的数据流 是计算机网络中流量控制的一个基本方法 3 2流量控制和差错控制 2 最简单流量控制的数据链路层协议 开关式流量控制 硬件控制软件控制 XON XOFF协议式流量控制 ARQ自动重发请求停止等待协议 Stop and WaitProtocol 滑动窗口协议 SlideWindowProtocol 连续ARQ协议选择ARQ协议 3 2流量控制和差错控制 流量控制方法 1 从主机取一个数据帧 2 将数据帧送到数据链路层的发送缓存 3 将发送缓存中的数据帧发送出去 4 等待 5 若收到由接收结点发过来的确认应答信息 则从主机取一个新的数据帧 然后转到 2 3 2流量控制和差错控制 2 最简单流量控制的数据链路层协议 在发送结点 1 等待 2 若收到由发送结点发过来的数据帧 则将其放入数据链路层的接收缓存 3 将接收缓存中的数据帧上交主机 4 向发送结点发送一个确认信息 表示数据帧已经上交给主机 5 转到 1 3 2流量控制和差错控制 2 最简单流量控制的数据链路层协议 在接收结点 3 2流量控制和差错控制 2 最简单流量控制的数据链路层协议 两种情况的对比 传输均无差错 A B DATA DATA DATA DATA 送主机B 送主机B 送主机B 送主机B A B DATA 送主机B DATA 送主机B 时间 不需要流量控制 需要流量控制 在实际的数据传输过程中 由于传输信道特性的不理想和外界干扰的存在 出现传输差错是不可避免的 传输差错导致接收的数据帧错误 接收方要求发送方重发数据帧 严重的传输差错还导致数据帧或应答帧丢失 使发送操作不能继续进行 或接收方重复接收数据 3 2流量控制和差错控制 3 实用的停止等待协议 3 2流量控制和差错控制 时间 A B 送主机 ACK 送主机 ACK a 正常情况 A B DATA0 送主机 ACK c 数据帧丢失 重传 丢失 A B 送主机 ACK 丢弃 ACK d 确认帧丢失 重传 丢失 A B NAK 送主机 ACK b 数据帧出错 重传 b c d 三种情况都需要重传 为了减小网络的负担 出错时有的网络不发送NAK 而是当作数据帧丢失来处理 故 b 可以简化为 c 这种情况 结点A发送完一个数据帧时 就启动一个超时计时器 timeouttimer 若到了超时计时器所设置的重传时间tout而仍收不到结点B的任何确认帧 则结点A就重传前面所发送的这一数据帧 即超时重传 超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些 重传若干次后仍不能成功 则报告差错 3 实用的停止等待协议 超时重发技术 3 2流量控制和差错控制 如果是接收方的应答帧丢失 会导致发送方重复发送 出现重复帧 每个数据帧带上不同的发送序号 每发送一个新的数据帧就把它的发送序号加1 若结点B收到发送序号相同的数据帧 就表明出现了重复帧 这时应丢弃重复帧 因为已经收到过同样的数据帧 但此时结点B还必须向A发送确认帧ACK 以保证协议正常执行 重复帧问题 3 2流量控制和差错控制 任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定是有限的 因此 经过一段时间后 发送序号就会重复 序号占用的比特数越少 数据传输的额外开销就越小 对于停止等待协议 由于每发送一个数据帧就停止等待应答 因此用一个比特来编号就够了 一个比特可表示0和1两种不同的序号 即序号轮流使用0和1 3 实用的停止等待协议 帧的编号问题 3 2流量控制和差错控制 优点 比较简单 它是最简单的流量控制和差错控制协议 缺点 通信信道的利用率不高 也就是说 信道还远远没有被数据比特填满 线路的许多带宽都浪费了 为了克服这一缺点 就产生了另外两种协议 即连续ARQ和选择重传ARQ 滑动窗口的两种实现方式 虽然物理层在传输比特时会出现差错 但由于数据链路层的停止等待协议采用了有效的检错重传机制 数据链路层对上面的网络层可以提供可靠传输服务 停止等待协议的优缺点 滑动窗口控制方法 当发送完一个数据帧后 不是停下来等待确认帧 而是继续发送若干数据帧 由于在等待确认时可以继续发送数据 减少了信道空闲时间 因而提高了整个通信过程的吞吐量 3 2流量控制和差错控制 4 滑动窗口流量控制方法 发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 特殊情况 当发送窗口和接收窗口的大小都等于1时 就是停止等待协议 只有接收窗口向前滑动时 与此同时也发送了确认 发送窗口才有可能向前滑动 收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动 因此这种协议又称为滑动窗口协议 发送窗口用来对发送端进行流量控制 发送窗口的大小WT代表 在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧 3 2流量控制和差错控制 5 滑动窗口流量控制方法 发送端设置发送窗口 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 发送窗口 WT 不允许发送这些帧 允许发送5个帧 a 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 不允许发送这些帧 还允许发送4个帧 WT 已发送 b 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 不允许发送这些帧 WT 已发送 c 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 不允许发送这些帧 还允许发送3个帧 WT 已发送 已发送并已收到确认 d 发送窗口控制 只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧 否则 就丢弃它 每收到一个序号正确的帧 接收窗口就向前 即向右方 滑动一个帧的位置 同时发送对该帧的确认 3 2流量控制和差错控制 4 滑动窗口流量控制方法 接收端设置接收窗口 不允许接收这些帧 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 WR 准备接收0号帧 a 不允许接收这些帧 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 WR 准备接收1号帧 已收到 b 不允许接收这些帧 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 WR 准备接收4号帧 已收到 c 接收窗口控制 接收窗口 连续ARQ协议 又称为Go back NARQ 回退N帧ARQ 当发送完一个数据帧后 不是停下来等待确认帧 而是继续发送若干数据帧 如果收到了接收方发来的确认帧 则发送方可以继续发送数据帧 如果出现差错 则从出现差错的数据帧开始全部重发 3 2流量控制和差错控制 5 连续ARQ协议 连续ARQ协议的工作原理 连续ARQ协议 采用连续自动请求重传方案 发送方可以连续发送一系列信息帧 即不用等待前一帧被确认便可发送下一帧 这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间 用以存放若干待确认的信息帧 当发送方收到对某信息帧的确认帧后便可从帧缓存中将该信息帧删除 并继续发送数据帧 由于减少了等待时间 整个通信的吞吐量就提高了 所以 连续ARQ协议使得信道利用率大大提高 3 2流量控制和差错控制 5 连续ARQ协议 连续ARQ工作原理 发送窗口尺寸一般大于1 需要多位编码表示已发送但未被确认的帧序号 发送窗口大小的理想值 即将发送完窗口中最后一帧时 收到了窗口中第一帧的确认 接收窗口尺寸等于1 3 2流量控制和差错控制 5 连续ARQ协议 当用n个比特进行编号时 则只有在发送窗口的大小WT 2n 1时 连续ARQ协议才能正确运行 例如 当采用3bit编码时 发送窗口的最大值是7而不是8 在实际应用中 有模8和模128两种编码方式 模8采用3位编码 23 8 一般用于地面链路通信 模128采用7位编码 27 128 一般用于卫星链路通信 3 2流量控制和差错控制 5 连续ARQ协议 由于连续ARQ重传时要向回走N个帧 然后再开始重传 当通信线路质量不好的时候 连续ARQ会带来负面的影响 能否只重传缺少的数据 不重传已经正确到达的数据 而不用后退N帧 用选择确认 6 选择ARQ协议 3 2流量控制和差错控制 选择确认的工作原理 接收方收到了和前面的字节流不连续的字节块 如果这些字节的序号都在接收窗口之内 那么接收方就先收下这些数据 但要把这些信息准确地告诉发送方 使发送方不要再重复发送这些已收到的数据 为了先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧 等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机 可加大接收窗口 接收窗口WR 2n 1发送窗口一般和接收窗口一样WT WR 我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间且控制复杂 3 2流量控制和差错控制 6 选择ARQ协议 3 2流量控制和差错控制 6 选择ARQ协议 选择ARQ工作原理 内容纲要 3 1据链路层的基本概念流量控制和差错控制点对点信道的数据链路层多路访问信道的数据链路层 数据链路层使用的信道主要有以下两种 点对点信道使用一对一的点对点通信方式 在点对点信道中最常使用的协议 PPP协议 点对点协议 广播信道 多路访问信道 使用一对多的广播通信方式 过程比较复杂 广播信道上连接的主机很多 因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送 CSMA CD协议 载波监听多点接入 碰撞检测 广播信道典型的代表 局域网 数据链路控制协议的作用 数据链路层控制功能的具体体现 使通信变得比较可靠 3 3点对点信道的数据链路层 数据链路层有许多种协议 但它们都有三个共同的问题 1 封装成帧 发送方数据链路层应当让接收方数据链路层知道 所发送的帧是从什么地方开始到什么地方结束 2 透明传输 传送的数据比特组合必须是不受限制 数据链层协议不能禁止传送某种比特组合 3 差错检测 数据链路层必须有差错检测功能 面向字符的数据链路控制规程基本型 如BSC 二进制同步通信 高级 DDCMP 数字数据通信报文规程 SLIP和PPP面向比特的数据链路控制规程IBMSDLCISOHDLCCCITT ITU T LAPB 3 3点对点信道的数据链路层 3 3点对点信道的数据链路层 1 面向比特的链路控制规程HDLC HDLC 高级数据链路控制HDLC采用0比特填充 在TCP IP协议族中 串行线路网际协议 SLIP 和点到点协议 PPP 是专门用于调制解调器和其它直接连接的 它不需要进行介质访问控制 提供完整的数据链路层功能 用户使用拨号电话线接入因特网时 一般都是使用SLIP或PPP协议 2 因特网的点对点协议PPP 3 3点对点信道的数据链路层 SLIP和PPP 由于SLIP在协议识别和差错控制等方面的不足 现在使用得最多的是点到点协议PPP Point to PointProtocol 1992年制订了PPP协议 经过1993年和1994年的修订 现在的PPP协议已成为因特网的正式标准RFC1661 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP SLIP和PPP PPP协议是Internet标准 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点议协PPP Point to PointProtocol PPP协议不仅在拨号电话线上应用 还在路由器 路由器之间的专用线上广泛应用 PPP协议处理了差错检测 支持面向字符型协议与面向比特型协议 可以支持IP协议及其他一些网络层协议 PPP协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议 它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分 用户拨号入网的示意图 路由器 调制解调器 调制解调器 因特网服务提供者 ISP 用户家庭 拨号电话线 使用TCP IP的PPP连接 路由选择进程 至因特网 PC机 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议有三个组成部分 一个将IP数据报封装到串行链路的方法 一个用来建立 配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP LinkControlProtocol 一套网络控制协议NCP NetworkControlProtocol 标志字段F 值为0 x7E 符号 0 x 表示后面的字符是用十六进制表示 十六进制的7E的二进制表示是01111110 地址字段A 置为0 xFF 11111111 因为是点到点的传输 地址字段实际上并不起作用 控制字段C 通常置为0 x03 00000011 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的帧格式P87 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的帧格式 IP数据报 1 2 1 1 字节 1 2 不超过1500字节 PPP帧 先发送 7E FF 03 F A C FCS F 7E 协议 信息部分 首部 尾部 PPP是面向字节的 所有的PPP帧的长度都是整数字节 PPP有一个2个字节的协议字段 用于指示帧的信息字段中所携带的内容 当协议字段为0 x0021时 PPP帧的信息字段就是IP数据报 若为0 xC021 则信息字段是PPP链路控制数据 若为0 x8021 则表示是网络控制数据 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的帧格式 数据字段 长度可变 但不超过1500字节 PPP是面向字节的 所有的PPP帧的长度都是整数字节 FCS 使用CRC的帧检验序列 当PPP用在同步传输链路时 采用零比特填充 协议规定采用硬件来完成比特填充 当PPP用在异步传输时 就使用一种特殊的字符填充法 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的透明传输问题 将信息字段中出现的每一个0 x7E字节转变成为2字节序列 0 x7D 0 x5E 若信息字段中出现一个0 x7D的字节 则将其转变成为2字节序列 0 x7D 0 x5D 若信息字段中出现ASCII码的控制字符 即数值小于0 x20的字符 则在该字符前面要加入一个0 x7D字节 同时将该字符的编码加以改变 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的字符填充法 例 一个PPP帧的数据部分 十六进制 是7D5EFE277D5D7D5D657D5E 问真正的数据是什么 7D5EFE277D5D7D5D657D5E7EFE277D7D657E 3 3点对点信道的数据链路层 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的字符填充法 PPP协议是面向连接的协议PPP协议不使用序号和确认机制 原因 在数据链路层出现差错的概率不大时 使用比较简单的PPP协议较为合理 在因特网环境下 PPP的信息字段放入的数据是IP数据报 数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的 帧检验序列FCS字段可保证无差错接受 2 因特网的点对点协议PPP PPP帧的传输 当用户拨号接入ISP时 路由器的调制解调器对拨号做出确认 并建立一条物理连接 PC机向路由器发送一系列的LCP链路控制协议分组 封装成多个PPP帧 这些分组及其响应选择一些PPP参数 并进行网络层配置 NCP网络控制协议给新接入的PC机分配一个临时的IP地址 使PC机成为因特网上的一个主机 通信完毕时 NCP释放网络层连接 收回原来分配出去的IP地址 接着 LCP释放数据链路层连接 最后释放的是物理层的连接 2 因特网的点对点协议PPP PPP协议的工作状态P89 设备之间无链路 链路静止 链路建立 鉴别 网络层协议 链路打开 链路终止 物理链路 LCP链路 已鉴别的LCP链路 已鉴别的LCP链路和NCP链路 物理层连接建立 LCP配置协商 鉴别成功或无需鉴别 NCP配置协商 链路故障或关闭请求 LCP链路终止 鉴别失败 LCP配置协商失败 内容纲要 数据链路层的基本概念流量控制和差错控制点对点信道的数据链路层多路访问信道的数据链路层 3 4多路访问信道的数据链路层 信道共享主要考虑如何分配使用公共信道的带宽资源 在技术上有静态和动态两种方法 静态分配方案 固定的分配 如 频分复用 静态时分复用 动态分配方案 能够根据数据源对传输资源的随机需求而动态分配 又称为多路访问技术或介质访问控制方法 1 信道共享技术 3 4多路访问信道的数据链路层 动态信道分配的主要解决的是如何在多个竞争的用户之间分配单个广播信道 即多点接入 多路访问 控制方法 所有站点都连接到一个共享信道上 1 信道共享技术 最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上 当初认为这样的连接方法既简单又可靠 因为总线上没有有源器件 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 只有D接受B发送的数据 1 信道共享技术 3 4多路访问信道的数据链路层 总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号 只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致 因此只有D才接收这个数据帧 其他所有的计算机 A C和E 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而不收下来 在具有广播特性的总线上实现一对一通信 1 信道共享技术 3 4多路访问信道的数据链路层 所谓 访问 指的是在两个实体之间建立联系并交换数据信息 在网络中 访问方式泛指分配介质使用权限的机理 策略和算法 1 信道共享技术 3 4多路访问信道的数据链路层 多路访问技术分为受控访问和随机访问受控访问 各个用户不能任意接入到信道而必须服从一定的控制 如令牌环网和多点线路探询 或轮询 随机访问 所有的用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息 可能会 碰撞 又称为争用接入 如以太网 1 信道共享技术 随机访问 在随机访问方法中 如果多于一个站点试图发送 就会产生访问冲突 从而使得帧被破坏或者被修改 出现差错 MA CSMA CSMA CD CSMA CA 随机访问方法的演化 ALOHA纯ALOHA 时隙ALOHACSMA非坚持 1 坚持 P 坚持改进的CSMACSMA CD CSMA CA 2 竞争系统的介质访问控制技术 3 4多路访问信道的数据链路层 ALOHA是由夏威夷大学在20世纪70年代初期开发的最早的随机访问方法 它使用多点接入 multipleaccess MA 的方式 ALOHA ALOHA网通过无线广播信道将分散在各个岛屿上的远程终端连接到本部的主机上 是最早采用争用协议的网络 ALOHA协议的规则如下 多点接入任何站点 只要它有一个要发送的帧时 就发送该帧 确认发送一个帧后 站点就等待确认 如果在规定时间内没有接收到确认 就假定帧丢失 在等待一个随机时间后再次发送 经过几次尝试后仍没有确认 站点就放弃尝试 规定时间 两倍的传播延迟 即帧的第一个比特位到达每一个站点所花时间的两倍 纯ALOHA 用于局域网无线公用信道上 集中控制 仅使用两个频率 上行传输 争用 为407 35MHz 下行传输 广播 为413 475MHz 信道利用率最高为18 4 时隙ALOHA 将时间分为等长的时隙 只能在每个时隙的开始才发送分组 目的是减少冲突 信道利用率最高为36 8 时隙ALOHA协议与纯ALOHA的吞吐量曲线 时间t 吞吐量 网络中站点随机发送数据 在公共信道中产生相互干扰 称为 冲突 或 碰撞 3 4多路访问信道的数据链路层 2 竞争系统的介质访问控制技术 纯ALOHA 网络中站点只在时隙开始时发送数据 减少了冲突的可能性 3 4多路访问信道的数据链路层 2 竞争系统的介质访问控制技术 时隙ALOHA ALOHA的效率不高 为了减少冲突发生的概率从而提高性能 我们采用CSMA方法 CSMA方法中 每个站点在发送数据之前先监听线路 若线路上已有数据信号 则推迟发送 这样 冲突的概率会减少 3 4多路访问信道的数据链路层 2 竞争系统的介质访问控制技术 非坚持CSMA站点发现信道忙则不再侦听 等待一个随机长的时间后 再开始侦听和准备发送过程 1 坚持CSMA发现信道忙则持续等待 直至信道空闲 发现信道空闲后发送数据 概率为1 P 坚持CSMA发现信道忙则持续等待 直至信道空闲 发现信道空闲后 以概率P发送数据 或以 1 P 的概率推迟发送 可能发送也可能不发送 其发送的概率是p 而不发送的概率是1 p CSMA 站点发送帧前先侦听线路 若空闲就立即发送 否则 尽管已发送前载波监听 但由于通信的随机性和传播时延的影响 在一个站点开始发送后的一段时间内 仍然可能发生冲突 称为 争用期 3 4多路访问信道的数据链路层 2 竞争系统的介质访问控制技术 CSMA的缺点 当两 多 个站发生冲突后 各冲突站仍继续发送已遭破坏的数据帧 若帧很长 则信道的浪费相当大 CSMA的改进 增加了 冲突检测 的功能 即改为 CSMA CD 3 4多路访问信道的数据链路层 2 竞争系统的介质访问控制技术 CSMA CD的工作原理CS载波监听 任一站要发送信息时 首先要监测总线 用来判决介质上有否其它站的发送信号 如果介质状态忙 则继续检测 直到发现介质空闲 如果检测介质为空闲 则可以立即发送 MA多路访问 既表示多个结点可以同时访问媒体 也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收 3 4多路访问信道的数据链路层 2 竞争系统的介质访问控制技术 3 4多路访问信道的数据链路层 CSMA CD的工作原理CD冲突检测 指计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小 一旦检测到冲突 就立即停止发送 并向总线上发一串阻塞信号 通报总线上各站已发生冲突 然后在等待一段随机时间后再次发送 CSMA CD的特点 竞争 各结点强占对共享媒体的访问