计算机网络课件第四章

计算机网络课件第四章4.1信道共享总述1.多点接入(信道共享)的特点与要求信号的迭加和碰撞要求某一时刻只有唯一信息有效传递要求平等对待用户平等发送平等接收实时反应用户好像独享网络第2页,共33页，2024年2月25日，星期天一个竞争冲突例子声波在有限的空间范围内传播我想应该是…告诉你一个特大新闻！刚才我听见…我可以发誓…这里太吵啦！我听不清…第3页,共33页，2024年2月25日，星期天4.1信道共享总述2.信道共享技术的分类从可维护性和控制的复杂度两方面考察受控接入:无冲突 数据链路层随机接入:有冲突 数据链路层信道复用:物理层技术第4页,共33页，2024年2月25日，星期天4.2受控接入4.2.1分类：集中式控制：轮询分散式控制：令牌环网4.2.2轮询方式主机和站主机：进行接入的管理站：参与数据传输第5页,共33页，2024年2月25日，星期天4.2.2轮询方式轮叫轮询工作原理：每个站只能接收主机的信息，也只能向主机发送信息机制：主机从1站开始，逐个询问各站是否有数据发送。原理演示第6页,共33页，2024年2月25日，星期天4.2.2轮询方式传递轮询每个循环由主机向N站发送轮询帧开始，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第7页,共33页，2024年2月25日，星期天4.2.2令牌环工作原理演示公平原则闭合的环一点断多点瘫，不易检查断点令牌总线第8页,共33页，2024年2月25日，星期天4.3随机接入：ALOHA4.3.1纯ALOHA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

重发策略：若立即重发，则显然要再次冲突，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，直到重发成功为止第9页,共33页，2024年2月25日，星期天纯ALOHA性能主机A1主机B23冲突45负载越重，冲突概率越大，性能越差第10页,共33页，2024年2月25日，星期天4.3.2时隙ALOHA工作原理：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第11页,共33页，2024年2月25日，星期天4.3.2时隙ALOHA主机A1主机B233第12页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4随机接入：CSMA/CD4.4.1CSMA载波侦听多点接入（CarrierSenseMultipleAccess）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“先听后发”CSMA协议分类坚持和非坚持CSMACSMA/CD第13页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.1CSMA冲突的解决方法非坚持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，直到信道空闲第14页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.1CSMA坚持CSMA：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第15页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CDCSMA的缺点：传播时延仍然存在冲突的可能在冲突发生时，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，因此这段时间是浪费的。第16页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection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。“先听后发，边发边听”第17页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CD冲突检测的方法：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检测到冲突后，发送人为干扰信号，强化冲突工作演示第18页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CD若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2T。TA在t=0时刻向F发送帧。F在t=T-时刻向A发送帧A在t=2T时刻收到冲突载波冲突第19页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CD碰撞槽时间（Slottime）发生碰撞的时间的上限距离最远主机之间的传输媒体长度S帧在媒体上传输速度为0.7C（C为光速）T=S/0.7C+tPHY（tPHY为物理层延时）Slottime=2T=2S/0.7C+2tPHY第20页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CD由于CSMA/CD的存在，则设Lmin为网络最小帧长，R为网络传输率必须满足Lmin/R=SlottimeT冲突第21页,共33页，2024年2月25日，星期天4.4.2CSMA/CD根据下面公式Slottime=2S/0.7C+2tPHYLmin/R=Slottime有：Lmin=(2S/0.7C+2tPHY)

R第22页,共33页，2024年2月25日，星期天4.5信道复用：物理层技术信道复用方式的分类时分复用TDM频分复用FDM波分复用WDM第23页,共33页，2024年2月25日，星期天时分复用多路复用器多路解复用器数据1数据2数据3数据4数据1数据2数据3数据4Byte1Byte2Byte3Byte4

时间

t

信号的帧数字信道01010011110001101111000001010000第24页,共33页，2024年2月25日，星期天时分复用在不同的时间占用相同的频带宽度ABCDABCDABCDABt第25页,共33页，2024年2月25日，星期天频分复用多路复用器多路解复用器数据1数据2数据3数据4数据1数据2数据3数据4f1f2f3f4

信道带宽f

信道频谱

模拟信道第26页,共33页，2024年2月25日，星期天频分复用在相同的时间占用不同的带宽资源ABCDEFGHIJKLMNF第27页,共33页，2024年2月25日，星期天波分复用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。波分复用的物理概念共享光纤光纤1光纤2光纤1,棱柱或衍射光栅第28页,共33页，2024年2月25日，星期天波分复用一条光纤中复用两路光载波信号~80路光载波信号(DWDM)数据传输速率=2.5Gbps*8=20Gbps第29页,共33页，2024年2月25日，星期天CDMA码分复用(CodeDivisionMultiplexingAccess)特点同样时间使用相同的频带通信各个用户使用不同码型，不会造成干扰前身用于军事，抗干扰能力强，频谱接近白噪声第30页,共33页，2024年2月25日，星期天CDMA工作原理经过运算后，将其他站的信息过滤掉利用内积运算进行过滤将每个比特再细分为m个短间隔，每个短间隔被称作码片（chip）一般m=64或128课堂例子中，设m=8第31页,共33页，2024年2月25日，星期天CDMA对每一个站制定唯一的码片序列00011011 （发送1）记录为-1-1-1+1+1-1+1+111100100 （发送0，为反码）系统中每个站的码片序列不同且正交正交：S与T向量的内积为0内积：S•T=1/m*ΣSi*Ti第32页,