《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》3省公開課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第三章介質(zhì)訪問子層MAC子層基本功效是：怎樣確定網(wǎng)上哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)占有介質(zhì)（信道）進(jìn)行發(fā)送，或者說(shuō)，怎樣分配介質(zhì)問題。介質(zhì)分配方法可分為兩大類：一、靜態(tài)分配，比如頻分多路復(fù)用（FDM）、異步分時(shí)復(fù)用（ATDM）和同時(shí)分時(shí)復(fù)用（STDM）等。二、動(dòng)態(tài)分配，又分為：1.集中式，比如問詢式和100VG_AnyLAN請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)，等等。2.分布式，比如以太網(wǎng)、IEEE802.3CSMA/CD協(xié)議，令牌協(xié)議以及通信中碼分多址（CDMA）協(xié)議等。11/28第一節(jié)信道靜態(tài)分配所謂介質(zhì)靜態(tài)分配是指介質(zhì)分配給誰(shuí)是預(yù)先確定好，與介質(zhì)實(shí)際發(fā)送情況無(wú)關(guān)。介質(zhì)靜態(tài)分配又可分為以下幾個(gè)：一．頻分多路復(fù)用（FDM）這種方法用于模擬信道分配二．同時(shí)分時(shí)復(fù)用（STDM）比如一個(gè)E1信道能夠傳送30路話音和對(duì)應(yīng)信令。但每一個(gè)信號(hào)都分配在確定時(shí)隙上傳送，所以稱為同時(shí)分時(shí)復(fù)用。三．異步分時(shí)復(fù)用（ATDM），將多個(gè)異步信號(hào)放在同一個(gè)信道上傳送，抵達(dá)目標(biāo)后再分開。為了處理不一樣異步信號(hào)在同一個(gè)信道傳送問題，在復(fù)用前必須進(jìn)行緩存。四、波分多路復(fù)用WDM（WavelenghDivisionMultiplexing）采取光波折射原理，使用衍射光柵或梭柱。通道兩端波長(zhǎng)差Δλ在10~100納米范圍內(nèi)稱為WDM，在1~10納米范圍內(nèi)稱為密集波分復(fù)用DWDM。當(dāng)前見到報(bào)導(dǎo)，一根光纖能夠傳送256×40Gbps=10.24Tbps.信號(hào)。22/28Poisson分布（泊松分布）穩(wěn)定而與過去獨(dú)立事件在間隔t內(nèi)發(fā)生k次概率是:

第二節(jié)動(dòng)態(tài)分配數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生平均次數(shù)。33/28證實(shí)：取，在內(nèi)，發(fā)生一次事件概率發(fā)生屢次事件概率不發(fā)生事件概率

一、先求P0（t）44/28兩邊取極限：即：初始條件P0（0）=1解得：即：55/28即：兩邊取極限：二、再求Pk（T）66/28初始條件：Pk（0）=0從開始遞推：解：77/28在時(shí)間間隔t內(nèi)，事件平均發(fā)生次數(shù)：，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生事件平均次數(shù)88/28例：假設(shè)電話呼叫按每小時(shí)平均30次Poisson過程進(jìn)行改變，試問在5分鐘間隔內(nèi)不呼叫和有3次呼叫概率各為多少？解：99/281010/28二．和Poisson分布有兩離散隨機(jī)變量k1,k2，則k=k1+k2分布是1111/28對(duì)可數(shù)多個(gè)離散變量k1,k2,......kn和分布仍為Poisson分布即網(wǎng)上多計(jì)算機(jī)發(fā)送幀數(shù)量也服從泊松分布。1212/28第三節(jié)信道動(dòng)態(tài)分配基本假設(shè)（5個(gè)）1．站模型假設(shè)n站，每站發(fā)數(shù)據(jù)服從泊松分布2．單信道3．沖突假設(shè)4．站發(fā)送時(shí)間4a．時(shí)間連續(xù)性假設(shè)4b．時(shí)間分槽假設(shè)4c．其它時(shí)間假設(shè)5．載波監(jiān)聽假設(shè)5a．發(fā)送前監(jiān)聽5b．發(fā)送前后均監(jiān)聽5c．發(fā)送前后均不監(jiān)聽1313/283-3-1ALOHA系統(tǒng)一．純ALOHA采取假設(shè)：1，2，3，4a，5c前提條件：各幀長(zhǎng)度相同幀時(shí)tf：發(fā)送一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度幀所需時(shí)間產(chǎn)生率（負(fù)載）G：每幀時(shí)發(fā)送平均幀數(shù)G=αtf1414/28吞吐率S：每幀時(shí)網(wǎng)絡(luò)成功發(fā)送平均幀數(shù)我們有0<=S<=1G>=S現(xiàn)在求吞吐率SS=GP成P成為成功發(fā)送幀概率tt0-tft0t0+tf沖突危險(xiǎn)區(qū)↓發(fā)送一幀1515/28若要取得最大吞吐率，對(duì)上式求導(dǎo)，令1616/281717/28二．分槽ALOHA采取假設(shè)：1，2，3，4b，5c通常時(shí)槽=幀時(shí)，但不一定。tf0-tft0t0+tf沖突危險(xiǎn)區(qū)發(fā)送一幀↓1818/283-3-2載波監(jiān)聽多路訪問CSMA類協(xié)議一、1-堅(jiān)持（1-persistent）CSMA協(xié)議每站發(fā)送前監(jiān)聽信道：若忙，則不發(fā)送；等候直到信道閑再發(fā)送。其吞吐率和負(fù)載關(guān)系如圖3.4所表示。

二、不堅(jiān)持（Nonpersistent）CSMA協(xié)議每站發(fā)送前監(jiān)聽信道：若忙，則等候一個(gè)隨機(jī)時(shí)間再監(jiān)聽；若空則發(fā)送。其吞吐率和負(fù)載關(guān)系如圖3.4所表示。這種協(xié)議比上一協(xié)議輕易防止沖突，因而吞吐率較高，但延遲較大。

三、p-堅(jiān)持（p-persistent）CSMA協(xié)議每站發(fā)送前監(jiān)聽信道：若忙，則下一個(gè)時(shí)槽再監(jiān)聽；若空，則以概率p發(fā)送，而以概率1-p推到下一時(shí)槽再監(jiān)聽。1919/28四．CSMA/CD

每站發(fā)送前像1-堅(jiān)持CSMA那樣監(jiān)聽信道：若忙，則不發(fā)送；等候直到信道閑再發(fā)送。而且發(fā)送后還要監(jiān)聽信道，若監(jiān)聽到?jīng)_突則停頓發(fā)送。重試；若監(jiān)聽到無(wú)沖突則成功。

發(fā)送后要監(jiān)聽多少時(shí)間？2ττ是網(wǎng)上最遠(yuǎn)兩站間信號(hào)傳送時(shí)間，包含設(shè)備延遲時(shí)間和介質(zhì)傳輸時(shí)間之和。

2020/28

第三章習(xí)題1、純ALOHA信道容量為1Mpbs.每幀1000位，平均每秒有1000幀要發(fā)送（含始發(fā)幀和重發(fā)幀）求吞吐率。2、1萬(wàn)個(gè)站竟?fàn)幨褂靡粋€(gè)分槽ALOHHA信道，各站每小時(shí)平均發(fā)出18個(gè)幀。時(shí)槽長(zhǎng)度為125微秒，總產(chǎn)生率（負(fù)載）為多少?3、總線網(wǎng)下有8個(gè)站，采取基本位圖法，當(dāng)8個(gè)站均要發(fā)送或僅有一站要發(fā)送時(shí)，試畫出其總線工作示意圖。設(shè)竟?fàn)帟r(shí)槽8×51微秒，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)1ms，其效率和平均拖延為多少?4、設(shè)平均每幀時(shí)有10幀和0.1幀要發(fā)送。求分槽ALOH協(xié)議吞吐率并比較二者效率和拖延.2121/28重負(fù)載時(shí)，吞吐率降低非?？煨师牵褐赴l(fā)送幀連續(xù)時(shí)間與為了發(fā)送幀花掉總時(shí)間（包含競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間和發(fā)送連續(xù)時(shí)間等等）之比平均值。拖延τ：指有幀要發(fā)送到實(shí)際開始發(fā)送所需平均等候時(shí)間。有沖突協(xié)議（ALOHA類和CSMA類）重負(fù)載時(shí)效率η低輕負(fù)載時(shí)拖延τ低為提升吞吐率和效率，開發(fā)了無(wú)沖突協(xié)議3-3-3無(wú)沖突協(xié)議2222/28一、基本位圖法其中，n為競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽時(shí)間；d為發(fā)送1幀連續(xù)時(shí)間；m為網(wǎng)上站數(shù)。2323/28二、二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)（BinaryCountdown）法

這種方法是位圖法變種。為了提升效率，降低競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽位數(shù)。對(duì)于n個(gè)站系統(tǒng)，競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽不是n位，而是log2n位。11111.將自己站站號(hào)二進(jìn)制數(shù)，從高位到低位寫入競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽，1寫入1；0不寫。2.若本站未寫入前，若發(fā)覺競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽更高位已被寫入1，則停頓寫入，而且放棄發(fā)送。3.緊隨競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽后傳送時(shí)間僅允許站號(hào)為競(jìng)爭(zhēng)時(shí)槽寫入數(shù)一個(gè)站發(fā)送輕負(fù)載時(shí)重負(fù)載時(shí)2424/28二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)法競(jìng)爭(zhēng)槽時(shí)間包含有源站序號(hào)，假如把它視為發(fā)送幀源地址碼，那么，二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)法不論負(fù)載輕重，其效率最高為100%；其延遲最低輕負(fù)載時(shí)為0。3-4有限競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議競(jìng)爭(zhēng)類協(xié)議（ALOHA類和CSMA類協(xié)議）輕負(fù)載時(shí)拖延小，但重負(fù)載時(shí)效率低；而無(wú)沖突協(xié)議，輕負(fù)載時(shí)拖延較大，而重負(fù)載時(shí)效率較高。人們期望著研究出一個(gè)協(xié)議，兼有二者優(yōu)點(diǎn)，即輕負(fù)載時(shí)延遲小，而重負(fù)載時(shí)效率高。有限競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議就是這么協(xié)議。有限競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議分為靜態(tài)分組法和動(dòng)態(tài)分組法兩種。2525/28一、靜態(tài)分組法

設(shè)一個(gè)分槽ALOHA系統(tǒng)，有n個(gè)站。每個(gè)站產(chǎn)生率均為Gi。我們將n個(gè)站共分為個(gè)組，每個(gè)組含有m個(gè)站。應(yīng)該使每個(gè)組總產(chǎn)生率G=mGi為1，以確保吞吐率最大。則m=1/G，這么能夠確保每個(gè)組吞吐率為0.37下面舉兩個(gè)特例：1.Gi=1時(shí)，m=1，本法成為位圖法一無(wú)沖突協(xié)議。2.Gi=時(shí)，n=m本法成為分槽ALOHA協(xié)議——競(jìng)爭(zhēng)類協(xié)議。2626/28二、動(dòng)態(tài)分組法——適應(yīng)樹搜索協(xié)議A

BCDEFG01234567