网络课件-第四章 (2)

1、2022-2-21第四章 信道共享技术n4.1 信道共享总述n4.2 受控接入n4.3 随机接入: ALOHAn4.4 随机接入: CSMA/CDn4.5 信道共享: 物理层技术2022-2-224.1 信道共享总述1. 多点接入(信道共享)的特点与要求n信号的迭加和碰撞n要求某一时刻只有唯一信息有效传递n要求平等对待用户n平等发送n平等接收n实时反应用户好像独享网络2022-2-23一个竞争冲突例子一个竞争冲突例子声波在有限的空间范围内传播声波在有限的空间范围内传播我想应该是我想应该是告诉你一个特大告诉你一个特大新闻！刚才我听见新闻！刚才我听见我可以发誓我可以发誓这里太吵啦！这里太吵啦！我听

2、不清我听不清2022-2-244.1 信道共享总述2. 信道共享技术的分类n从可维护性和控制的复杂度两方面考察n受控接入: 无冲突 数据链路层n随机接入: 有冲突 数据链路层n信道复用: 物理层技术2022-2-254.2 受控接入4.2.1 分类：n集中式控制：轮询n分散式控制：令牌环网4.2.2 轮询方式n主机和站n主机：进行接入的管理n站：参与数据传输2022-2-264.2.2 轮询方式n轮叫轮询n工作原理：每个站只能接收主机的信息，也只能向主机发送信息n机制：主机从1站开始，逐个询问各站是否有数据发送。n原理演示2022-2-274.2.2 轮询方式n传递轮询n每个循环由主机向N站发

3、送轮询帧开始，而后，不是再由主机向N-1站发轮询帧，而是由N站向N-1站发送轮询帧直到最后再由1站把发送权交回主机，完成一个循环n站间距离越大，传递轮询的效果就越好，但协议比轮叫轮询复杂2022-2-284.2.2 令牌环n工作原理演示n公平原则n闭合的环一点断多点瘫，不易检查断点n令牌总线2022-2-294.3 随机接入：ALOHA4.3.1 纯ALOHAn工作原理：想发就发。规定时间内若收到应答，表示发送成功；否则重发n重发策略：n若立即重发，则显然要再次冲突，n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2022-2-210纯ALOHAn性能主机A

4、1主机B23冲突冲突45负载越重，冲突概率越大，性能越差2022-2-2114.3.2 时隙ALOHAn工作原理：n将时间划分为一段段等长的时隙，一个时隙长度正好发送完一个帧n帧不论何时产生，只能在每个时隙开始时发送到信道上n重发策略：同纯ALOHA2022-2-2124.3.2 时隙ALOHA主机A1主机B2332022-2-2134.4 随机接入：CSMA/CD4.4.1 CSMAn载波侦听多点接入（Carrier Sense Multiple Access）n每个站点在使用信道前，需检测信道是否已被其他站点占用n“先听后发”nCSMA协议分类n坚持和非坚持CSMAnCSMA/CD2022

5、-2-2144.4.1 CSMAn冲突的解决方法冲突的解决方法n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。n坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲2022-2-2154.4.1 CSMAn坚持CSMA：n1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发送）np-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2022-2-2164.4.2 CSMA/CDnCSMA的缺点：n传播时延n仍然存在冲突的可能n在冲突发生时，站不知道是出现冲突，这样，发送数据的站将一直把数据发出，但显然这些数据是有错的，因此这

6、段时间是浪费的。2022-2-2174.4.2 CSMA/CDnCarrier Sense Multiple Access/Collision Detectionn工作原理：边发送边监听（冲突检测）。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。n“先听后发，边发边听”2022-2-2184.4.2 CSMA/CDn冲突检测的方法：n比较接收到的信号电压的大小 n检测曼彻斯特编码的过零点n发送的同时也接收，就可以比较接收到的信号与刚发出的信号n检测到冲突后，发送人为干扰信号，强化冲突n工作演示2022-2-2194.4.2 CSMA/CD若两个最远距离站点间的传输时间为若

7、两个最远距离站点间的传输时间为T，则网络的最大冲突检测时间为则网络的最大冲突检测时间为2T。ABCDEFTA在在t=0时刻向时刻向F发送帧。发送帧。F在在t=T- 时刻向时刻向A发送帧发送帧A在在t= 2T时刻收到冲时刻收到冲突载波突载波冲突冲突2022-2-2204.4.2 CSMA/CDn碰撞槽时间（Slot time）n发生碰撞的时间的上限n距离最远主机之间的传输媒体长度Sn帧在媒体上传输速度为0.7C（C为光速）nT=S/0.7C+tPHY （ tPHY为物理层延时）nSlot time=2T=2S/0.7C+2tPHY 2022-2-2214.4.2 CSMA/CD由于CSMA/CD

8、的存在，则n设Lmin为网络最小帧长，R为网络传输率n 必须满足Lmin/R=Slot timeABCDEFT冲突冲突2022-2-2224.4.2 CSMA/CD根据下面公式nSlot time=2S/0.7C+2tPHYnLmin/R=Slot timen有：Lmin=(2S/0.7C+2tPHY)R2022-2-2234.5 信道复用：物理层技术信道复用方式的分类n时分复用时分复用TDMn频分复用频分复用FDMn波分复用波分复用WDM2022-2-224时分复用多多路路复复用用器器多多路路解解复复用用器器数据数据1数据数据2数据数据3数据数据4数据数据1数据数据2数据数据3数据数据4By

9、te1Byte2Byte3Byte4 时间时间 t 信号的帧信号的帧数字数字信道信道01010011 1100011011110000010100002022-2-225时分复用n在不同的时间占用相同的频带宽度A B C D A B C D A B C D A Bt2022-2-226频分复用多多路路复复用用器器多多路路解解复复用用器器数据数据1数据数据2数据数据3数据数据4数据数据1数据数据2数据数据3数据数据4f1f2f3f4 信道带宽信道带宽f 信道频谱信道频谱 模拟模拟信道信道2022-2-227频分复用n在相同的时间占用不同的带宽资源A B C D E F G H I J K L M

10、 NF2022-2-228波分复用n与频分复用概念相同，为每路信号分配相互隔离的光谱频带。n波分复用的物理概念共享光纤共享光纤光纤光纤1光纤光纤2光纤光纤1,棱柱或衍射光栅棱柱或衍射光栅2022-2-229波分复用n一条光纤中复用两路光载波信号80路光载波信号(DWDM)n数据传输速率=2.5G bps*8=20G bps2022-2-230CDMAn码分复用n(Code Division Multiplexing Access)n特点n同样时间使用相同的频带通信n各个用户使用不同码型，不会造成干扰n前身用于军事，抗干扰能力强，频谱接近白噪声2022-2-231CDMAn工作原理n经过运算后，

11、将其他站的信息过滤掉n利用内积运算进行过滤n将每个比特再细分为m个短间隔，每个断间隔被称作码片（chip）n一般 m=64 或 128n课堂例子中，设 m=82022-2-232CDMAn对每一个站制定唯一的码片序列n00011011（发送1）n记录为-1-1-1+1+1-1+1+1n11100100（发送0，为反码）n系统中每个站的码片序列不同且正交n正交：S与T向量的内积为0n内积：ST=1/m*Si*Ti2022-2-233CDMAn系统中每个站的码片序列不同且正交n即： ST=1/m*Si*Ti=0n例如：S=-1-1-1+1+1-1+1+1T=-1-1+1-1+1+1+1-1n一定有：任何码片的规格化内积为1nSS =1/m*Si*Si=1n同理：任何码片向量与反码向量规格化内积为-12022-2-234CDMA工作过程：n系统中利用GPS同步数据发送，每个站必然处在三种状态之一：n发送码片序列n发送反码序列n不发送任何序列2022-2-235CDMA接收站的解析n接收站收到的是所有站向量的迭加n接收站使用源站的码片序列与接收到的向量做内积，必有：n所有其它站的信号都被滤掉（内积为0）n运算