數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡第四章信道共享ppt課件

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第4章 多路復用與信道共享技術,計算機網(wǎng)絡與通信 (第2版),1,A.1 信道共享技術的基本概念,要解決的問題：什么時候才可以把數(shù)據(jù)發(fā)到鏈路上？如何讓眾多用戶合理而方便的共享通信媒體資源？ 日常生活中常見的信道共享的例子就是召開會議。主要的召開會議的方式有： （1）固定分配發(fā)言時間，如學術會議、年終總結會等； （2）由主席管理發(fā)言。如聽證會、辯論會； （3）不設會議主席，隨機發(fā)言。如討論會。 信道共享技術的基本思想大都與此類似。,2,A.1 信道共享技術的基本概念,信道共享技術主要可以分為靜態(tài)分配和動態(tài)分配兩大類。 靜態(tài)分配適用于用戶數(shù)大致固定且通信量較大的情況。 主要問題：不夠靈活，不能適應拓撲、用戶量等變化。因此不適和用戶數(shù)多且經(jīng)常變化或通信量具有突發(fā)性的情況。 典型的靜態(tài)分配有時分復用、頻分復用及碼分復用等。 動態(tài)分配又可以分為受控多點接入和隨機多點接入兩大類。 受控接入是指用戶接入信道要受到預先設定的控者或規(guī)則的控制。典型的受控接入技術包括輪叫輪詢和傳遞輪詢。 隨機接入是指各站點通過隨機爭用的方式接入信道。主要的隨機接入技術有ALOHA，CSMA，和CSMA/CD。 計算機網(wǎng)絡中信道共享技術的設計原則是公平和效率。對協(xié)議性能的分析主要圍繞吞吐量和時延兩個指標來討論。,3,第4章 多路復用與信道共享技術,4.1 多路復用技術 4.2 信道共享技術,4,4.1 多路復用技術,4.1.1 頻分多路復用(FDM) 4.1.2 時分多路復用(TDM) 4.1.3 波分復用(WDM) 4.1.4 碼分復用(CDM) 4.1.5 空分復用(SDM),5,4.1 多路復用技術,多路復用是一種將若干彼此無關的信號合并成一路復合信號并在一條公用信道上傳輸，到達接收端后再進行分離的方法。 多路復用技術包含信號復合、傳輸和分離三個方面的內(nèi)容。,6,4.1.1 頻分多路復用(FDM),頻分多路復用是按照頻率參量的差別來分割信號的。也就是說，分割信號的參量是頻率，只要使各路信號的頻譜互不重疊，接收端就可以用濾波器把它們分割開來。 把信道的可用頻帶分割為若干條較窄的子頻帶，每條子頻帶都可以作為一個獨立的傳輸信道用來傳輸一路信號。為了防止各路信號之間的相互干擾，相鄰兩個子頻帶之間需要留有一定的保護頻帶。 由于通過媒質(zhì)傳輸?shù)膹秃闲盘栆话闶悄M信號，因此，當輸入信號為數(shù)字信號時，應采用數(shù)模轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，或者由數(shù)字信號直接鍵控載頻形成幅度鍵控信號。,7,頻分多路復用原理圖,8,話音信號頻分多路載波通信系統(tǒng)的原理框圖,復合信號的總帶寬滿足：,,話音信號頻分多路復用系統(tǒng)需妥善處理好兩個問題：防止串話、減少互調(diào)噪聲。,9,頻分多路復用(FDM)優(yōu)缺點,主要優(yōu)點:在于實現(xiàn)相對簡單，技術成熟，能較充分地利用信道頻帶，因而系統(tǒng)效率較高。 主要缺點： 保護頻帶的存在大大地降低了FDM技術的效率； 信道的非線性失真改變了它的實際頻帶特性，易造成串音和互調(diào)噪聲干擾； 所需設備量隨輸入路數(shù)增加而增多，且不易小型化； 頻分多路復用本身不提供差錯控制技術，不便于性能監(jiān)測。因此，在實際應用中，F(xiàn)DM正在被時分多路復用所替代。,10,4.1.2 時分多路復用(TDM),時分多路復用通信是指各路信號在同一信道上占有不同時間間隙進行通信。具體地說，就是把時間分成一些均勻的時間間隙，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以達到互相分開、互不干擾的目的。 目前常用的TDM有兩種：同步時分多路復用和統(tǒng)計時分多路復用。,11,1．同步時分多路復用,只要發(fā)送端和接收端的時分多路復用器能夠按時間分配同步地切換所連接的設備，就能保證各路設備共用一條信道進行相互通信，而且彼此互不干擾。,12,1．同步時分多路復用,n路通信設備連接到一條公用信道上，發(fā)送端的時分多路復用器按照一定的次序輪流地給各個設備分配一段使用公用信道的時間。當輪到某個設備使用的邏輯聯(lián)系被暫時切斷，待指定的通信設備占用信道的時間一到，則同步時分多路復用器就將信道切換給下一個被指定的設備。以此類推，一直輪流到最后一個設備，然后又重新繼續(xù)開始。 在接收端，時分多路復用器也是按照一定的次序輪流地接通各路輸出，并且與輸入端的時分多路復用器保持同步。,13,1．同步時分多路復用,TDM的工作特點是： 第一，通信雙方是按照預先指定的時隙進行通信的，而且這種時間關系是固定不變的； 第二，就某一瞬時來看，公用信道上僅傳輸某一對設備的信號，而不是多路復合信號，但就一段時間而言，公用信道上傳輸著按時間分隔的多路復合信號。,,14,2．統(tǒng)計時分多路復用,在傳統(tǒng)的TDM系統(tǒng)中，以固定分配時隙的方式對來自多個設備的數(shù)據(jù)流進行組合，然后在單一的公用信道上傳輸。這種時分多路復用技術既便宜又可靠，并能降低通信費用。但是，把它用于高速通信時效率較低。 為了提高時隙的利用率，可以采用按需分配時隙的技術，即動態(tài)地分配所需時隙，以避免每幀中出現(xiàn)空閑時隙的現(xiàn)象。以這種動態(tài)分配時隙方式工作的TDM稱為統(tǒng)計時分多路復用(STDM)。,15,傳統(tǒng)TDM與STDM,圖中有4個數(shù)據(jù)源，并在4個不同時刻(t0～t3)出現(xiàn)數(shù)據(jù)。,16,2．統(tǒng)計時分多路復用,STDM兩種子幀的格式： 每幀一源的格式：幀末尾標志與總幀末尾標志相同。 每幀多源的格式：在一幀中包含多個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，此時除了需要指明數(shù)據(jù)源的地址外，還要給出數(shù)據(jù)字長。,17,4.1.3 波分復用(WDM),波分復用就是光的頻分復用。目前一根單模光纖的傳輸速率可達到2.5 Gb/s。如采用色散補償技術，則一根單模光纖的傳輸速率可達到10 Gb/s 。,,,圖4.9 波分復用的概念,18,4.1.3 波分復用(WDM),圖4.9示出了8路傳輸速率均為2.5 Gb/s的光載波(其波長均為1310 nm)，經(jīng)光調(diào)制后，它們的波長變換到1550～1557 nm，相鄰兩個光載波相隔1 nm。這8個波長很接近的光載波經(jīng)過光復用器后，在一根光纖中傳輸。 但光信號傳輸一段距離后會衰減，因此對衰減了的光信號必須進行放大后才能繼續(xù)傳輸。 現(xiàn)在已經(jīng)有了很好的摻鉺光纖放大器(EDFA)，它是一種光放大器。EDFA不需要進行光電轉(zhuǎn)換而直接對光信號進行放大。 兩個光纖放大器之間的光纜線路長度可達120 km，而光復用器和光分用器之間的無光電轉(zhuǎn)換的距離可達600 km(只需放入4個光纖放大器)。,19,4.1.4 碼分復用(CDM),碼分復用(CDM)，更常稱為碼分多址(CDMA)。 每個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。由于各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此各用戶之間不會造成干擾。 CDMA系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲。 最早應用于軍事通信中，隨著技術的進步，CDMA設備的價格和體積都大幅度下降，現(xiàn)已廣泛使用在民用的移動通信中。,,,20,CDMA工作原理,每個比特時間再劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。通常m的值是64或128。 CDMA的每個站被指派一個唯一的m bit碼片序列。要發(fā)送比特1，則發(fā)送它自己的m bit碼片序列；要發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。 例如，指派給S站的8 bit碼片序列是00011011。當S站發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，而當發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。 習慣上，S站的碼片序列記為(-1-1-1+1+1-1+1+1)。,,21,CDMA工作原理,S站數(shù)據(jù)率為b b/s。由于每個比特的信息要轉(zhuǎn)成m個比特的碼片，S站實際據(jù)率提高到mb b/s，同時S站所占用的頻帶也提高到原來的m倍。即擴頻。 擴頻通信通常有兩大類：一種是直接序列（DS-CDMA）；另一種是跳頻(frequency hopping)擴頻方式（FH-CDMA）。 CDMA系統(tǒng)的一個重要特點就是各站的碼片序列不僅必須各不相同，而且還必須互相正交。 在實用的系統(tǒng)中使用的是偽隨機碼序列。,,22,CDMA工作原理,用數(shù)學公式表示碼片序列的正交關系： 兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)為0。 向量S和各站碼片序列二進制反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積也是0。 任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積為1 。 一個碼片向量和該碼片序列二進制反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積是-1 。,,23,CDMA工作原理的一個例子,S站發(fā)送數(shù)據(jù)110 ，碼片序列為(-1-1-1+1+1-1+1+1) T站發(fā)送數(shù)據(jù)110，碼片序列為(-1-1+1-1+1+1+1-1),24,4.1.5 空分復用(SDM),空分復用(SDM)是利用空間分割構成不同信道的一種多路復用方法。,25,空分復用技術在無線傳輸領域的應用舉例,26,MIMO技術,MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)是在空分復用技術上衍生來的的多輸入-多輸出的方式 MIMO系統(tǒng)可將多徑作為一個有利因素加以利用。,,,,27,第4章 多路復用與信道共享技術,4.1 多路復用技術 4.2 信道共享技術,28,4.2 信道共享技術,4.2.1 受控多點接入 4.2.2 隨機接入ALOHA 4.2.3 隨機接入CSMA/CD 4.2.4 令牌傳遞接入,29,4.2.1 受控多點接入,1．輪叫輪詢的性能分析 主機按順序從站1開始逐個輪詢。站1如有數(shù)據(jù)，即可發(fā)給主機。站1如無數(shù)據(jù)，則發(fā)送控制幀給主機，表示無數(shù)據(jù)可發(fā)。然后主機詢問站2, …，在詢問完站N后，又重復詢問站1。,輪叫輪詢的網(wǎng)絡拓撲結構,30,4.2.1 受控多點接入,2．傳遞輪詢的性能分析 前面討論的輪叫輪詢存在一個較大的缺點，這就是輪詢幀在多點線路上不停地循環(huán)往返，形成了相當大的開銷，增加了幀的等待時延。為了克服這一缺點，可以采用傳遞輪詢的辦法。,傳遞輪詢工作示意圖,31,4.2.1 受控多點接入,傳遞輪詢與輪叫輪詢的比較： (1) 傳遞輪詢的幀時延總是小于同樣條件下的輪叫輪詢的時延。 (2) 站間的距離越大，傳遞輪詢的效果就比輪叫輪詢的越好。 (3) 站間距離較小且通信量較大時，傳遞輪詢帶來的好處就不太明顯。 傳遞輪詢系統(tǒng)實現(xiàn)起來技術上比較復雜，代價也較高，因此在目前實用的輪詢系統(tǒng)中，主要還是使用輪叫輪詢系統(tǒng)。,32,4.2.2 隨機接入ALOHA,輪詢技術在網(wǎng)絡的通信量較小時，系統(tǒng)的工作效率較低 。 當網(wǎng)絡的通信量較小時，讓用戶自由地發(fā)送數(shù)據(jù) ——隨機接入。 最早在美國夏威夷大學計算中心的無線網(wǎng)絡ALOHA系統(tǒng)中采用，稱為“ALOHA”方法。,33,1．非時隙ALOHA,純ALOHA的工作原理 設所有站發(fā)送的幀都是定長的，且用發(fā)送時間而不是比特數(shù)來表示。 要點：每個站自由地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，若出現(xiàn)沖突，各站等待一段隨機的時間再重發(fā)，直到成功為止。,34,1．非時隙ALOHA,為便于分析，我們做如下假設： (1) 廣播式信道本身是不產(chǎn)生差錯的理想信道； (2) 每個節(jié)點的幀到達為泊松過程，幀長度固定相等，每幀的發(fā)送時間為秒； (3) 單位時間內(nèi)進入信道的總業(yè)務量為G，其中成功傳輸?shù)臉I(yè)務量為S，則有： G = S + (單位時間內(nèi)的重傳幀數(shù)),35,1．非時隙ALOHA,在一個幀發(fā)送期間tf及之前共2 （這里 = tf）秒的時間區(qū)間，被稱為“易損區(qū)間”。如能保證在這個區(qū)間內(nèi)信道上只存在當前這個幀在傳輸，則這個幀必能成功傳輸。 根據(jù)泊松分布公式，當單位時間內(nèi)的幀到達率為G時，則在期間內(nèi)出現(xiàn)k個幀的概率為：,,,,36,1．非時隙ALOHA,在易損區(qū)間內(nèi)成功傳輸一個幀的概率應是“前一內(nèi)不發(fā)送幀”和“后一個內(nèi)只發(fā)送—個幀”這兩事件同時發(fā)生的概率，則成功概率為： 成功概率也即系統(tǒng) 吞吐率：,,,,ALOHA系統(tǒng)的S-G特性曲線,37,1．非時隙ALOHA,ALOHA系統(tǒng)的幀傳輸時延通常用時延吞吐特性來描述。 定義幀傳輸時延D是從一個幀發(fā)送到被接收節(jié)點成功接收為止的一段時間間隔。 歸一化的幀傳輸時延D可表示為 式中，第一項是成功傳輸?shù)囊淮螝w一化時延；第二項是歸一化的傳播時延，第三項是由于碰撞而引起E次重傳所引起的時延 ，其中 是每次重傳所需的平均時延。問題歸結為求E和 。,,,,,,38,1．非時隙ALOHA,不難得出一個幀的平均發(fā)送次數(shù)就等于G/S。拋去成功的一次，則平均重傳次數(shù)為： 實際中通常采用的一種簡單重傳策略是：當發(fā)送站檢出自己發(fā)送的幀出錯后，立即計算一個在[1, K]區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機數(shù)k，據(jù)此延遲ktf秒后再重傳被碰撞的幀，則歸一化后的平均一次重傳時延為 ： 最后有：,,,,,,39,2．時隙ALOHA,前述非時隙ALOHA系統(tǒng)只給出了約0.184的最大吞吐率。為了提高吞吐率，需要設法減少各節(jié)點發(fā)送幀時發(fā)生沖突的機會。 時隙ALOHA系統(tǒng)(簡記為S-ALOHA)的吞吐率比非時隙ALOHA系統(tǒng)的確實提高了一倍。 S-ALOHA系統(tǒng)的幀傳輸時延D比非時隙ALOHA系統(tǒng)的時延小。,,40,為了提高吞吐量，需要降低沖突的概率。通過給信道劃分時隙可以達到降低沖突概率的要求，付出的代價就是要把各站在時間上同步起來。,,,,,,,,,,,,2．時隙ALOHA,41,工作原理 把信道在時間上劃分成等長的時隙，時隙長度等于幀的發(fā)送時間 ，幀到達各站后，不能立即發(fā)送，必須等到一個時隙的開始時才能發(fā)送。 性能分析 S-ALOHA發(fā)送成功的條件是: 兩個幀到達時間屬于不同時隙，與純ALOHA比降低了沖突概率。,2．時隙ALOHA,42,4.2.3 隨機接入CSMA/CD,在ALOHA中，各站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不考慮信道當前的狀態(tài)，即不管信道是忙還是閑，就馬上發(fā)送數(shù)據(jù)幀，這存在嚴重的盲目性。所以ALOHA的吞吐量很低。 要進一步提高系統(tǒng)吞吐率，還應進一步設法減少節(jié)點間發(fā)送沖突的概率。 為此，除了縮小易損區(qū)間(這也是有限度的)外，還可以從減少發(fā)送策略的盲目性著手，在發(fā)送之前進行“載波監(jiān)測”來確定信道忙閑狀態(tài)，然后再決定幀發(fā)送與否 ，即載波偵聽多址接入(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)方式。,43,4.2.3 CSMA的基本原理,任一個網(wǎng)絡節(jié)點在它有幀欲發(fā)送之前，先監(jiān)測一下廣播信道中是否存在別的節(jié)點正在發(fā)送幀的載波信號。如果監(jiān)測到這種信號，說明信道正忙，否則信道是空閑的。然后，根據(jù)預定的控制策略來決定： (1)若測得信道是閑的，應該立即將自己的幀發(fā)送出去？還是為慎重起見暫時不發(fā)送出去？ (2)若測得信道是忙的，應該繼續(xù)堅持監(jiān)測載波？還是暫時退避一段時間再監(jiān)測？,44,4.2.3 隨機接入技術：CSMA,載波監(jiān)聽多點接入（Carrier Sense Multiple Access, CSMA）是對ALOHA技術的進一步改進。 CSMA就是在發(fā)送前先監(jiān)聽信道，確定信道是否空閑，再根據(jù)信道的情況決定是否發(fā)送。當然，代價是要增加載波監(jiān)聽裝置。 根據(jù)監(jiān)聽策略的不同，CSMA可以分為以下三種類型： （1）非堅持CSMA（Non-persistent） （2）1-堅持CSMA（1-persistent） （3）p-堅持CSMA（p-persistent）,45,4.2.3 隨機接入技術：CSMA,三種CSMA策略的特點如下： 非堅持:一旦聽到信道忙，就隨機延時一段時間再重新監(jiān)聽。很可能在重新監(jiān)聽前，信道已經(jīng)空閑了。不能充分利用信道的空閑時間，影響了信道利用率。在通信量不大時，平均時延較大。,非堅持CSMA,46,4.2.3 隨機接入技術：CSMA,三種CSMA策略的特點如下： 1-堅持: 如果信道忙堅持監(jiān)聽，而一旦聽到信道空閑就馬上發(fā)送數(shù)據(jù)，可以充分利用信道的空閑時間。但當通信量較大時，若兩個以上的站同時監(jiān)聽信道，那么就必然會發(fā)生沖突，反而不利于吞吐量的提高。,1-堅持CSMA,47,4.2.3 隨機接入技術：CSMA,三種CSMA策略的特點如下： p-堅持:在一定程度上可以克服1-堅持的缺點。但p的選擇和通信量有關，而通信量通常是變化的，如何選擇合適的p較為困難。,P-堅持CSMA,48,4.2.3 隨機接入技術：CSMA,49,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測（CSMA with Collision Detection）。 CSMA通過在發(fā)送前監(jiān)聽信道，降低了沖突的概率。但由于傳播時延的存在，沖突還是不可避免的。 電磁波在總線上的有限傳播速率的影響, 當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。 A 向 B 發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到 B。 B 若在 A 發(fā)送的信息到達 B 之前發(fā)送自己的幀(因為這時 B 的載波監(jiān)聽檢測不到 A 所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和 A 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。 碰撞的結果是兩個幀都變得無用。,50,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,,,1 km,,,A,B,,t,,,t = 0,,單程端到端 傳播時延記為?,51,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測（CSMA with Collision Detection）。 CSMA通過在發(fā)送前監(jiān)聽信道，降低了沖突的概率。但由于傳播時延的存在，沖突還是不可避免的。然而，CSMA一旦開始發(fā)送，就不管是否發(fā)生沖突（或碰撞）都堅持把要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀發(fā)完。所以只要發(fā)生沖突，信道就被浪費一段時間 。幀長越大，浪費越嚴重。 為了減小這種浪費，CSMA/CD在CSMA的基礎上增加了碰撞檢測功能，即在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時，繼續(xù)監(jiān)聽信道，如果監(jiān)聽到發(fā)生沖突，則沖突的雙方必須停止發(fā)送，使信道很快空閑下來，提高了信道利用率。,52,,,,,1 km,,,A,B,,t,,,t = ? ? ? B 檢測到信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù),t = ? ? ? / 2 發(fā)生碰撞,A,B,,,,A,B,,,t = 0 A 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù),A,B,t = 0,,A,B,單程端到端 傳播時延記為?,53,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。 碰撞檢測的方法：信號電平法；編碼規(guī)則法；逐比特比較法。 當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。 當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。,54,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測（CSMA with Collision Detection）。 在實際的網(wǎng)絡中，當檢測到?jīng)_突后，立即停止發(fā)送外，還通過發(fā)送若干比特的人為干擾強化沖突，以便讓所以用戶都知道發(fā)生了沖突。 免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。 CSMA/CD的原理可以簡練地概括為先聽后發(fā) ，邊聽邊發(fā)，沖突停發(fā)，隨機重發(fā)。,55,CSMA/CD強化沖突的示意圖(B也能檢測到?jīng)_突，但圖中未繪出B發(fā)送的干擾信號),4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,56,CSMA/CD確認式數(shù)據(jù)傳輸過程,57,CSMA/CD確認方式的工作流程,58,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,實際網(wǎng)絡中（如應用最廣的以太網(wǎng)）使用的就是1堅持CSMA/CD。 為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以太網(wǎng)采用了截斷二進制指數(shù)類型退避算法（truncated binary exponential type backoff algorithm）決定重發(fā)幀所需的時延。 在需要重發(fā)時，該算法從離散整數(shù)集合 中隨機取一個數(shù)，用 表示，其中 。重發(fā)所需時延就是 倍的基本退避時間（事先約定，如 ）。重發(fā)16次不成功，丟棄該幀，并向高層報告。這種算法，時延隨重發(fā)次數(shù)增大，故稱動態(tài)退避。即使采用1堅持策略，整個系統(tǒng)也是穩(wěn)定的。,59,4.3 隨機接入技術：CSMA/CD,CSMA／CD的工作過程可概括為以下4步： 第一步：如果介質(zhì)信道空閑，則可進行發(fā)送。 第二步：如果介質(zhì)信道有載波(忙)，則繼續(xù)對信道進行偵聽，一旦發(fā)現(xiàn)空閑，便立即發(fā)送。 第三步：如果在發(fā)送過程中檢測到碰撞，則停止自己的正常發(fā)送，轉(zhuǎn)而發(fā)送一短暫的干擾信號，強化碰撞信號，使LAN上所有站都能知道出現(xiàn)了碰撞。 第四步：發(fā)送了干擾信號后，退避一隨機時間，重新嘗試發(fā)送。,60,思考題,數(shù)據(jù)鏈路層的功能是什么？ 差錯控制 鏈路管理（信道共享） 定界與同步 尋址 流量控制 透明傳輸 在停止等待協(xié)議中，應答幀為什么不需要序號？ 何為沖突？在CSMA/CD中如何解決沖突？ 載波監(jiān)聽 出現(xiàn)沖突后，延遲等待不同時間重發(fā),61,謝謝大家 Any Question?,62,2．統(tǒng)計時分多路復用,STDM存在的一些潛在的技術缺陷：時延問題。 STDM常用的三種緩沖控制技術： 同信道信號傳輸 異信道信號傳輸 降低時鐘，減緩數(shù)據(jù)吞吐量。 前兩種技術可用于控制異步終端的數(shù)據(jù)流，而后一種技術適用于同步終端。,63,1．非時隙ALOHA,非時隙ALOHA的工作原理,64,A.5 隨機接入技術：CSMA/CD,爭用期（contention period），由于傳播時延的存在，每個站發(fā)送數(shù)據(jù)剛開始的一個很短的時間內(nèi)，由于傳播時延的存在，仍有可能發(fā)生沖突。我們將這段可能發(fā)生沖突的時間間隔稱為爭用期。,總線爭用期等于 ，而 ，所以 爭用期越是小于一個幀的發(fā)送時間，CSMA/CD的優(yōu)越性就越顯著。相反，對時延較大的衛(wèi)星信道，其爭用期可能比幀的發(fā)送時間還長，故CSMA/CD不適用于衛(wèi)星信道。,65,不同的數(shù)據(jù)速率所需的子頻帶間隔,表4.1 FDM的子頻帶間隔,66,1．同步時分多路復用,TDM有兩種 ：比特交錯TDM、字符交錯TDM,,67,比特交錯TDM和字符交錯TDM,比特交錯TDM通常用于同步終端系統(tǒng)，而字符交錯TDM則用于異步終端系統(tǒng)。 當以比特為基礎進行交錯時，復用器允許每路每次輸入一比特，然后將各路輸入的比特組合成幀進行傳輸。顯然，如一幀中含有多個字符，由于減少了同步字符的個數(shù)，從而提高了傳輸效率。另外，如采用時隙大小與每個字符寬度成比例的技術，雖增加了技術的復雜性和成本，但其傳輸效率將能達到最大值。,68,比特交錯TDM和字符交錯TDM,因為字符交錯TDM所需的緩沖區(qū)大，所以字符交錯TDM的成本比比特交錯TDM要略微高一些。 對于比特交錯TDM來說，除了實現(xiàn)較為便宜外，它還能提供較快的同步和較短的傳輸延遲，這是因為復用器接收到每一比特數(shù)據(jù)就可傳輸?shù)木壒省?而字符交錯TDM中，復用器則需將若干比特匯集成字符后方可傳輸。另外，字符交錯TDM還具有較強的抗突發(fā)干擾的能力。,69,4.4 令牌傳遞接入,在環(huán)形拓撲的局域網(wǎng)上，基本上都采用令牌傳遞(Token-Passing)方式的媒質(zhì)接入技術。 “令牌”(Token)，也稱為“通行證”或“標記”，它是用于分配和調(diào)度共享信道資源的一種控制碼型，是一個網(wǎng)絡工作站接入并占用媒質(zhì)資源的權力象征。 令牌的忙或閑狀態(tài)代表信道是否空閑以供節(jié)點站接入使用。 Token-Passing接入方式 ，理論上可使最大信道利用率達到100％。 采用令牌傳遞技術的環(huán)形網(wǎng)稱為令牌環(huán)(Token-Ring)網(wǎng) ，采用令牌傳遞技術的總線網(wǎng)稱為令牌總線(Token-Bus)網(wǎng)。,70,環(huán)網(wǎng)及環(huán)接口,環(huán)接口RI主要包括兩個部件：環(huán)路連接器和環(huán)接口控制器。,71,環(huán)網(wǎng)及環(huán)接口,(1) 環(huán)路連接器 連接器用來完成節(jié)點信號通路與傳輸媒質(zhì)的物理連接，完成物理層的功能(主要是對環(huán)路比特信號的存儲或轉(zhuǎn)發(fā))。 每個環(huán)路連接器對比特信號的存儲(或轉(zhuǎn)發(fā))遲延，稱為站嵌入遲延。所有站嵌入遲延加上所有鏈路段的傳播遲延的總時延，稱為環(huán)路時延。在實際系統(tǒng)中，站嵌入遲延應是可調(diào)整的，以使調(diào)節(jié)環(huán)路時延滿足令牌傳遞過程的實際要求。,72,環(huán)網(wǎng)及環(huán)接口,(2) 環(huán)接口控制器 環(huán)接口控制器是節(jié)點設備DTE與連接器之間的接口，完成網(wǎng)絡層功能。這個接口控制器主要擔負兩種基本的操作控制。 監(jiān)測信道和接收數(shù)據(jù)(收聽方式) 發(fā)送數(shù)據(jù)(發(fā)送方式),73,令牌環(huán)的工作過程,工作原理： 傳送數(shù)據(jù)時會由掌握 token 的電腦先發(fā)送數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù)的電腦會檢查 frame 表頭，若是送給自己的則處理之 無論是否是送給自己的，都會再傳下去 傳一圈后檢查資料是否相同以確定資料沒有傳輸錯誤 再把 token 傳遞到下一臺電腦,74,幾點說明,當環(huán)路時延小于或等于一個令牌的傳輸時間時，顯然環(huán)路上只可能存在一個令牌，此時稱環(huán)路工作于單令牌方式。 當環(huán)路時延大于一個令牌的傳輸時間時，則環(huán)路上可允許存在多個令牌，此時環(huán)路既可工作于單令牌方式，也可工作于多令牌方式。 在采用令牌傳遞接入方式構成網(wǎng)絡系統(tǒng)時，最值得引起注意的系統(tǒng)故障是令牌丟失現(xiàn)象。 采用超時控制方法可以發(fā)現(xiàn)令牌丟失。,75,令牌丟失的超時控制方法,設環(huán)路時延(一個比特巡回環(huán)路一周的時間)為TR，一個環(huán)接口發(fā)送最長幀的時間為TP，發(fā)送令牌的時間為TT。那么任一環(huán)接口兩次收到令牌之間的時間間距 應滿足： ≤ Tu Tu滿足 Tu = TR + TP + TT 在每個環(huán)路接口中都設置一個定時器，若定時值超過Tu，即可認為環(huán)路中丟失了令牌。,,,76,