00-ALOHA-CSMA-CD-冲突窗口最小帧长PPT

1、1,4.3 随机接入技术: ALOHA(Additive Link On-line HAwaii System),目标：当网络的通信量较小时，让用户自由地发送数据所产生冲突的概率并不大，只要协议考虑到如何处理好冲突的问题。像这样的多点接入方式称为随机接入。 纯ALOHA ALOHA网络是美国Hawaii大学于1968年9月研制，于1970年建立的分组传送的由无线电信道组成的计算机通信网络。,2,纯ALOHA（）,纯ALOHA 工作原理 每个站只要有数据发送，就可自由的发送一个数据帧,但必须收到接收节点的确认信号ACK之后，才能发送下一个数据帧。,AlOHA系统的一般模型,3,纯ALOHA（）,

2、图4-3-2 纯ALOHA的工作原理,4,纯ALOHA（）,冲突的解决方案 冲突： 两个以上的站同时发送报文分组，由于在时间上重叠从而造成冲突，导致发送失败。 解决方案(补救方法) 发送节点在一个timeout interval内未收到确认信号ACK,自动重发。,5,时隙ALOHA(S-ALOHA)(1),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系统称为时隙ALOHA(S-ALOHA)。 工作原理：,6,时隙ALOHA(S-ALOHA)(2),主要

3、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-ALOHA与ALOHA比较: 重负载条件下以争用为基础的不稳定性; 延迟随提供的负载按指数形式增加。,7,4.4 随机接入技术：CSMA（发前先听),目的：载波监听多点接入CSMA是从ALOHA演变出的一种改进协议，又称为载波监听多点访问。由于采用了附加的硬件装置，每个站都能在发送数据前监听信道上其他站是否在发送数据。如在发送，则此站就暂不发送数据，从而减少了发送冲突的可能。这样

4、就提高了整个系统的吞吐量。 根据监测时刻不同，及监测后采用策略的差异，可分为四种: 非坚持CSMA(non-persistent CSMA)。 1-坚持CSMA P-坚持CSMA CSMA/CD:边听边发,非坚持CSMA,非坚持CSMA的工作原理 (a) 监听到数据闲，则发送; (b) 监听到数据“忙”，按一定退避算法延迟一段时间(这就是。非坚持的含义，返回(a)。,优点: 采用随机重传时间减少碰撞概率。 缺点: 延迟时间内可能会出现通道闲的情况，利用率不高,8,9,坚持CSMA,坚持CSMA的工作原理 坚持CSMA的特点是在监听到信道忙，仍坚持听下去，一直坚持听到信道空闲为止。有两种不同的策

5、略。 1-坚持CSMA “1” 的含义是当信道一但“闲”,数据以概率为1的原则发送。 （a） 信道一但闲,数据以概率为1的原则发送。 （b）信道忙,连续监听，直至监听到通道闲,返回（a）。 优点:提高信道利用率。 缺点:若有两个或更多的站同时在监听信道，则一但信道空闲就必然使这些同时发送的packet互相冲突。,10,P-坚持CSMA,P-坚持CSMA的工作原理 （a） 若信道“闲”，以0p1的概率发送，以概率(1-p)延迟一个随机时间段再发送。 （b） 信道忙，则继续侦听到信道闲，返回a。 优点: p坚持CSMA可根据信道上通信量的多少设定不同的p值，因而可以使信道的利用率进一步提高。,Va

6、lue of p?,Avoid instability under heavy load n stations waiting to send End of transmission, expected number of stations attempting to transmit is number of stations ready times probability of transmitting np If np 1on average there will be a collision Repeated attempts to transmit almost guaranteei

7、ng more collisions Retries compete with new transmissions Eventually, all stations trying to send Continuous collisions; zero throughput So np 1 for expected peaks of n If heavy load expected, p small However, as p made smaller, stations wait longer At low loads, this gives very long delays,11,12,非坚

8、持、p坚持和1坚持这三种的优缺点,和CSMA一样，CSMA/CD也可划分为时隙和非时隙的，而这两种中的每一种又可再分为非坚持、p坚持和1坚持这三种。三种坚持各有优缺点。 非坚持不能充分利用信道刚刚转入空闲期的这段时间。 1坚持又容易在上述这段时间产生冲突。 p坚持可以在一定长度上克服这些缺点，但却很难选择一个能用于各种通信量强度的p值。,CSMA/CD与CSMA以及ALOGH的吞吐量比较,当a=0.01时几种CSMA/CD，CSMA以及ALOGH的S-G曲线， 其中：是端到端的时延,S是吞吐量，G是网络负载,13,14,CSMA/CD:边发边听,CSMA/CD的工作原理 CSMA由于在发送数据

9、之前进行载波监听，所以减少了冲突的机会。但由于传播时延的存在，即使发前先听，冲突还是不可避免的。只要发生冲突，信道就被浪费一段时间T0+t（冲突时间+后退时间）。但CSMA/CD比CSMA又增加了一个功能，这就是边发边监听。只要监听到发生冲突，则冲突的双方就停止，立即放弃此数据帧的发送。这样，信道就很快空闲下来，因而提高了信道的利用率。,CSMA/CD先听后说，边发边听，冲突时退避,With CSMA, collision occupies medium for duration of transmission Stations listen whilst transmitting If me

10、dium idle, transmit, otherwise, step 2 If busy, listen for idle, then transmit If collision detected, jam then cease transmission After jam, wait random time then start from step 1,15,CSMA/CDOperation,16,Which Persistence Algorithm?,IEEE 802.3 uses 1-persistent Both nonpersistent and p-persistent ha

11、ve performance problems 1-persistent (p = 1) seems more unstable than p-persistent Greed of the stations But wasted time due to collisions is short (if frames long relative to propagation delay With random backoff, unlikely to collide on next tries To ensure backoff maintains stability, IEEE 802.3 a

12、nd Ethernet use binary exponential backoff,17,Binary Exponential Backoff,Attempt to transmit repeatedly if repeated collisions First 10 attempts, mean value of random delay doubled Value then remains same for 6 further attempts After 16 unsuccessful attempts, station gives up and reports error As co

13、ngestion increases, stations back off by larger amounts to reduce the probability of collision. 1-persistent algorithm with binary exponential backoff efficient over wide range of loads Low loads, 1-persistence guarantees station can seize channel once idle High loads, at least as stable as other te

14、chniques Stations with few collisions transmit first,18,Collision Detection,On baseband bus, collision produces much higher signal voltage than signal Collision detected if cable signal greater than single station signal Signal attenuated over distance Limit distance to 500m (10Base5) or 200m (10Bas

15、e2) For twisted pair (star-topology) activity on more than one port is collision（hub） Special collision presence signal,19,20,CSMA/CD产生冲突对信道占用时间的影响,从图中可以看出，发送冲突使A浪费时间TB+TJ(TB是A站从发送数据开始到发现有了冲突的时间间隔， TJ 是各自都发送一个强化冲突的干扰信号(其持续时间) 。同时，整个信道被占用的时间还要增加一个单程端到端的传播时延t。因此总线的争用期应为TB+TJ+t。TB的最小值为t,最大值为2t。所以争用期的最小

16、值是2t+TJ,而争用期的最大值是3t+TJ。,21,CSMA/CD协议的时间槽,时间槽能够检测到冲突的时间区间（也称为争用时隙或碰撞窗口） 若两站点之间传播时延为a，则时间槽2a。,站点2 发送帧,当0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽2a。,22,时间槽的意义： 一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突，则本次发送不会再发生冲突； 时间槽与网络跨距、传输速率、最小帧长有密切的关系！ 以太网中，时间槽51.2s 传输速率10Mb/s时，一个时间槽内可发送512bits，即64字节（所以也称一个时间槽长度为64字节） 。 由此可知： 1. 冲突只可能在一帧的前64字节内发生； 2. 帧长度小于64字节时，将无法检测出冲突； 以太网规定，最小帧长度为64字节 3. 长度小于64字节的帧（碎片帧）都是无效帧。,23,与时间槽相关的网络参数,采用CSMA/CD的局域网中，由于