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第四章 介质访问子层 信道分配问题 多路访问协议 IEEE802标准和局域网 局域网互连和网桥 高速局域网 OSI参考模型和802工程模型的关系 从OSI参考模型的角度来看，IEEE 802标准主要涉及物理层和数据链路层及网络层的一部分，其中数据链路层被分为介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）子层。 物理层和介质访问控制子层：局域网可采用多种传输介质和拓扑结构，相应需要多种不同的介质访问控制方式。 逻辑链路控制子层：完成通常意义下的数据链路层的功能，使网络的上层可完全独立于各种不同的物理底层。 网际（network）层：由于局域网基本使用广播信道，各节点之间无需路由选择。但当涉及多个局域网互连时，就必须设置一网际层来实现路由选择的问题，相当于网络层的一个子层。 IEEE 802标准系列图示 广播式网络 局域网大多采用广播传输技术（共享信道）。 广播信道（broadcast channel）或多路访问信道（multiaccess channel）或随机访问信道（random access channel）中，所有站点共享一个传输信道，任何时候只允许一个站点使用信道（向信道上发送数据）。若有两个或多个站点同时发送数据，则信号在信道上就会发生碰撞或冲突（collision），导致数据发送的失败。 介质访问控制（MAC） 解决冲突的办法就是采用一套信道分配的策略来控制各个站点如何使用信道，即介质（信道）访问（使用）控制 MAC（Medium Access Control）。 由于网络中使用的传输介质及拓扑结构的不同，使得介质访问控制的策略也不相同，因此在局域网的数据链路层底部特别设置一个介质访问控制子层来专门负责信道分配的问题。 §4.1 信道分配问题 信道分配策略可分为两大类： 静态分配：如传统的FDM和TDM，将频带或时间片固定地分配给各个站点。适用于站点数量少且固定的场所，控制简单，效率高。 动态分配：异步时分多路复用。分为两种： 随机访问（争用，contention）：只要有数据，就可直接发送，发生冲突后再采取措施解决冲突。适用于负载轻的网络，负载重时效率低。 控制访问：发送站点必须先获得发送的权利，再发送数据，不会发生冲突。在负载重的网络中可获得很高的信道利用率。主要有轮转（round-robin）和预约（reservation）两种方式。 静态分配 静态分配无法适应用户数的动态变化。 突发性通信造成信道的闲置，使利用率降低。 平均时延： 设信道容量为C 比特/秒，数据到达率为λ帧/秒，平均每帧长度服从指数概率密度函数分布1/μ比特/帧，则平均时延为： 1 T = ———— μC - λ 若将单个信道分为N个独立分布的FDM子信道，则平均时延为： 1 N TFDM = ——————— = ———— = NT μ(C/N)-(λ/N) μC – λ 是单个信道时延的N倍。TDM也有类似问题。 动态分配模型 一些假设： 站模型：由N个独立的站组成，每站在Δt时间内生成新帧的概率为λΔt，λ为一常量。 单通道假设：所有通信都通过单个信道进行。 冲突假设：如果两帧同时发送，产生冲突，所有的站都能检测到冲突。除冲突外没有其他错误。 连续时间：帧能在任何时候开始发送。 时隙：时间被分为离散的区间（时隙），帧总是在时隙开始的瞬间发送。 载波侦听：所有的站都能检测到信道是否正在使用。 非载波侦听：各站在使用信道前不检测信道是否空闲。 §4.2 多路访问协议 争用协议一：ALOHA协议 20世纪70年代，美国夏威夷大学的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。 有两个版本： 纯ALOHA协议（Pure ALOHA）：时间是连续的，不需要时间同步。 时隙ALOHA协议（Slotted ALOHA）：时间是离散的，需要时间同步。 纯ALOHA协议 每个站点只要有数据就可发送；通过监听信道来发现是否发生冲突；若冲突，则等待一段随机时间，再重新发送。 研究发现，各个帧的长度相同，就可获得最大的吞吐量（单位时间内能够成功发送的数据帧的平均数量）。 纯ALOHA信道的分析 一个争用系统一方面不断生成新的数据帧发送，另一方面由于冲突造成老的数据帧的重发。 若在一个帧时Tframe（frame time，一个数据帧占有的时间长度）内平均有N个新帧生成，显然，必须满足0N1。再加上一些重发的老帧，该时间内实际发送的帧的平均数为G。 当负载很小时，几乎不发生冲突，可认为