計算機網(wǎng)絡課件-第四章資料

第四章信道共享技術4.1信道共享總述4.2受控接入4.3隨機接入:ALOHA4.4隨機接入:CSMA/CD4.5信道共享:物理層技術7/26/202314.1信道共享總述1.多點接入(信道共享)的特點與要求信號的迭加和碰撞要求某一時刻只有唯一信息有效傳遞要求平等對待用戶平等發(fā)送平等接收實時反應用戶好像獨享網(wǎng)絡7/26/20232一個競爭沖突例子聲波在有限的空間范圍內(nèi)傳播我想應該是…告訴你一個特大新聞！剛才我聽見…我可以發(fā)誓…這里太吵啦！我聽不清…7/26/202334.1信道共享總述2.信道共享技術的分類從可維護性和控制的復雜度兩方面考察受控接入:無沖突 數(shù)據(jù)鏈路層隨機接入:有沖突 數(shù)據(jù)鏈路層信道復用:物理層技術7/26/202344.2受控接入4.2.1分類：集中式控制：輪詢分散式控制：令牌環(huán)網(wǎng)4.2.2輪詢方式主機和站主機：進行接入的管理站：參與數(shù)據(jù)傳輸7/26/202354.2.2輪詢方式輪叫輪詢工作原理：每個站只能接收主機的信息，也只能向主機發(fā)送信息機制：主機從1站開始，逐個詢問各站是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。原理演示7/26/202364.2.2輪詢方式傳遞輪詢每個循環(huán)由主機向N站發(fā)送輪詢幀開始，而后，不是再由主機向N-1站發(fā)輪詢幀，而是由N站向N-1站發(fā)送輪詢幀……直到最后再由1站把發(fā)送權交回主機，完成一個循環(huán)站間距離越大，傳遞輪詢的效果就越好，但協(xié)議比輪叫輪詢復雜7/26/202374.2.2令牌環(huán)工作原理演示公平原則閉合的環(huán)一點斷多點癱，不易檢查斷點令牌總線7/26/202384.3隨機接入：ALOHA4.3.1純ALOHA工作原理：想發(fā)就發(fā)。規(guī)定時間內(nèi)若收到應答，表示發(fā)送成功；否則重發(fā)

重發(fā)策略：若立即重發(fā)，則顯然要再次沖突，等待一段隨機的時間，然后重發(fā)；如再次沖突，則再等待一段隨機的時間，直到重發(fā)成功為止7/26/20239純ALOHA性能主機A1主機B23沖突45負載越重，沖突概率越大，性能越差7/26/2023104.3.2時隙ALOHA工作原理：將時間劃分為一段段等長的時隙，一個時隙長度正好發(fā)送完一個幀幀不論何時產(chǎn)生，只能在每個時隙開始時發(fā)送到信道上重發(fā)策略：同純ALOHA7/26/2023114.3.2時隙ALOHA主機A1主機B2337/26/2023124.4隨機接入：CSMA/CD4.4.1CSMA載波偵聽多點接入（CarrierSenseMultipleAccess）每個站點在使用信道前，需檢測信道是否已被其他站點占用“先聽后發(fā)”CSMA協(xié)議分類堅持和非堅持CSMACSMA/CD7/26/2023134.4.1CSMA沖突的解決方法非堅持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個隨機時間后再次監(jiān)聽。堅持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑7/26/2023144.4.1CSMA堅持CSMA：1-堅持CSMA：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1發(fā)送）p-堅持CSMA：聽到信道空閑時，以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，即以概率1-p延遲一段時間后再發(fā)送7/26/2023154.4.2CSMA/CDCSMA的缺點：傳播時延仍然存在沖突的可能在沖突發(fā)生時，站不知道是出現(xiàn)沖突，這樣，發(fā)送數(shù)據(jù)的站將一直把數(shù)據(jù)發(fā)出，但顯然這些數(shù)據(jù)是有錯的，因此這段時間是浪費的。7/26/2023164.4.2CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection工作原理：邊發(fā)送邊監(jiān)聽（沖突檢測）。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則沖突雙方都立即停止發(fā)送。信道很快空閑，從而提高效率?！跋嚷牶蟀l(fā)，邊發(fā)邊聽”7/26/2023174.4.2CSMA/CD沖突檢測的方法：比較接收到的信號電壓的大小檢測曼徹斯特編碼的過零點發(fā)送的同時也接收，就可以比較接收到的信號與剛發(fā)出的信號檢測到?jīng)_突后，發(fā)送人為干擾信號，強化沖突工作演示7/26/2023184.4.2CSMA/CD若兩個最遠距離站點間的傳輸時間為T，則網(wǎng)絡的最大沖突檢測時間為2T。TA在t=0時刻向F發(fā)送幀。F在t=T-時刻向A發(fā)送幀A在t=2T時刻收到?jīng)_突載波沖突7/26/2023194.4.2CSMA/CD碰撞槽時間（Slottime）發(fā)生碰撞的時間的上限距離最遠主機之間的傳輸媒體長度S幀在媒體上傳輸速度為0.7C（C為光速）T=S/0.7C+tPHY（tPHY為物理層延時）Slottime=2T=2S/0.7C+2tPHY7/26/2023204.4.2CSMA/CD由于CSMA/CD的存在，則設Lmin為網(wǎng)絡最小幀長，R為網(wǎng)絡傳輸率

必須滿足Lmin/R=SlottimeT沖突7/26/2023214.4.2CSMA/CD根據(jù)下面公式Slottime=2S/0.7C+2tPHYLmin/R=Slottime有：Lmin=(2S/0.7C+2tPHY)R7/26/2023224.5信道復用：物理層技術信道復用方式的分類時分復用TDM頻分復用FDM波分復用WDM7/26/202323時分復用多路復用器多路解復用器數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)4Byte1Byte2Byte3Byte4

時間

t

信號的幀數(shù)字信道010100111100011011110000010100007/26/202324時分復用在不同的時間占用相同的頻帶寬度ABCDABCDABCDABt7/26/202325頻分復用多路復用器多路解復用器數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)4f1f2f3f4

信道帶寬f

信道頻譜

模擬信道7/26/202326頻分復用在相同的時間占用不同的帶寬資源ABCDEFG

HIJKLMNF7/26/202327波分復用與頻分復用概念相同，為每路信號分配相互隔離的光譜頻帶。波分復用的物理概念共享光纖光纖1光纖2光纖1,棱柱或衍射光柵7/26/202328波分復用一條光纖中復用兩路光載波信號~80路光載波信號(DWDM)數(shù)據(jù)傳輸速率=2.5Gbps*8=20Gbps7/26/202329CDMA碼分復用(CodeDivisionMultiplexingAccess)特點同樣時間使用相同的頻帶通信各個用戶使用不同碼型，不會造成干擾前身用于軍事，抗干擾能力強，頻譜接近白噪聲7/26/202330CDMA工作原理經(jīng)過運算后，將其他站的信息過濾掉利用內(nèi)積運算進行過濾將每個比特再細分為m個短間隔，每個短間隔被稱作碼片（chip）一般m=64或128課堂例子中，設m=87/26/202331CDMA對每一個站制定唯一的碼片序列00011011 （發(fā)送1）記錄為-1-1-1+1+1-1+1+111100100 （發(fā)送0，為反碼）系統(tǒng)中每個站的碼片序列不同且正交正交：S與T向量的內(nèi)積為0內(nèi)積：S?T=1/m*ΣSi*Ti7/26/202332CDMA系統(tǒng)中每個站的碼片序列不同且正交即：S?T=1/m*ΣSi*Ti=0例如：S=-1-1-1+1+1-1+1+1T=-1-1+1-1+1+1+1-1一定有：任何碼片的規(guī)格化內(nèi)積為1S?S=1/m*ΣSi*Si=1同理：任何碼片向量與反碼向量規(guī)格化內(nèi)積為-17/26/202333CDMA工作過程：系統(tǒng)中利用GPS同步數(shù)據(jù)發(fā)送，每個站必然處在三種狀態(tài)之一：發(fā)送碼片序列發(fā)送反碼序列不發(fā)送任何序列7/26/202334CDMA接收站的解析接收站收到的是所有站向量的迭加接收站使用源站的碼片序列與接收到的向量做內(nèi)積，必有：所有其它站的信號都被濾掉（內(nèi)積為0）運算結果為+1：源站發(fā)送1運算結果為-1：