信道分配策略多址协议课件

第四章介质（媒体）访问控制子层MediumAccessControlSublayer本章主要内容信道分配策略多址协议令牌环网以太网：共享式以太网，交换式以太网，快速以太网，千兆位以太网无线局域网数据链路层交换：网桥，虚拟局域网几个术语Multiaccesschannel：多址信道randomaccesschannel：随机访问信道medium：介质，媒体，信道mediumaccess：使用信道发送数据mediumaccesscontrol（MAC）：决定谁可以使用信道发送数据1信道分配策略静态分配：固定分配信道的方式，如FDM和同步TDM；适用于用户数少且数量固定、每个用户通信量较大的情况，不会产生冲突。动态分配：按需分配信道的方式，如异步TDM；适用于用户数多且数量可变、突发通信的情况。信道分配策略（2）动态分配的三种策略：竞争方式：各个用户竞争使用信道，不需要取得发送权就可以发送数据，这种方式会产生冲突。无冲突方式：每个用户必须先获得发送权，然后才能发送数据，这种方式不会产生冲突，如预约或轮转方式。有限竞争方式：以上两种方式的折衷。2多址协议ALOHA载波侦听多址协议（CSMA）无冲突协议有限竞争协议无线局域网协议2.1ALOHA系统（1）纯ALOHA的基本思想：任何节点有数据发送就可以发送；每个节点通过监听信道判断是否发生了冲突；一旦发现冲突，随机等待一段时间后重新发送。随机访问信道的效率：当有大量的活动节点、每个节点总有大量的帧要发送时，长期运行过程中成功传输时间占总时间的份额。几个概念帧时（frametime）：发送一个标准长度的帧所需的时间。N：每帧时内系统产生的新帧数目（0<N<1)G：每帧时内系统需要发送的总帧数（包括新帧和重发帧），这其实就是系统负载。P0：发送的帧不产生冲突的概率。S：系统吞吐量，指每帧时内系统能够成功传输的帧数，S=GP0。纯ALOHA的易损时间区纯ALOHA系统的信道效率假设G服从泊松分布，则：在一个给定的帧时内，产生k个帧的概率为： Pr[k]=Gke-G/k!在一个给定的帧时内，没有帧出现的概率为： Pr[0]=e-G对于一个给定的帧，在两个帧时内没有其它帧的概率为：P0=e-G×e-G=e-2GS=GP0=Ge-2G当G=0.5时，S达到最大值，为0.184。ALOHA系统（2）时分ALOHA的基本思思想将时间分成离离散的时间片片（slot），每个时时间片用来传传输一个帧；；每个节点只能能在一个时间间片的开始传传送帧，其它与纯ALOHA系统同同。时分ALOHA系统要求求全局时钟同同步。时隙ALOHA的易损时时间区时分ALOHA系统的信信道效率与纯ALOHA相比，每每个帧的易损损时间区缩小小了，冲突的的概率随之减减小，系统吞吞吐量随之提提高。P0=e-GS=GP0=Ge-G当G=1时，S达到到最大值，为为0.368。纯ALOHA和时分ALOHA的性性能比较2.2载波波侦听多址协协议

--CarrierSenseMultipleAccessProtocols1-坚持CSMA发送前先监听听信道，信道道忙则坚持监听直至发现现信道空闲；；若信道空闲闲立即（概率1）发送；发现现冲突后随机机等待一段时时间，重新监监听信道。影响协议性能能的因素：信信号传播延迟迟，1-坚持持的策略。该协议适合于于规模较小和和负载较轻的的网络。CSMA协议议（续）非坚持CSMA发送前先监听听信道，信道道忙则放弃监听，等待一一个随机时间间后再监听，，信道空闲则则发送数据。。信道利用率高高于1-坚持持CSMA，，但延迟特性性要差些。。CSMA协议议（续）p-坚持CSMA，适用用于时分信道道：发送前先监听听信道，信道道忙则等到下下一个时间片片再监听；信信道空闲则以以概率p发送送数据，以概概率1-p推推迟到下一个个时间片。下下一个时间片片执行相同的的操作直至发发送成功或检检测到信道忙忙。该协议试图在在1-坚持CSMA和非非坚持CSMA间取得性性能折衷，影影响协议性能能的关键在于于p的选择。。几个CSMA协议的性能能比较2.3CSMA/CD

--CSMAwithCollisionDetection节点检测到冲冲突后立即停停止冲突帧的的发送，以节节省时间和带带宽。协议的状态周周期：由竞争争周期、传输输周期和空闲闲周期交织而而成。协议的效率近近似为：η=1/（（1+5tprop/ttrans），其中tprop为信号在任意意两个节点之之间传播的最最大时间，ttrans为传输一个最最大长度的帧帧所需的时间间。该公式表明，，当信道很长长（即网络规规模较大）或或帧传输时间间很短（帧很很短或数据速速率很高）时时，协议的效效率较低。CSMA/CD的状态周期2.4无冲突协议（（1）位图协议：节点在发送前前先预约，然然后按预约的的顺序发送。。该协议不会会产生冲突。。轻负载时，每每个节点在发发送前平均等等待N比特；；若帧长为d比特，不考考虑其它开销销，信道效率率为：η=d/(N+d)。重负载时，每每帧的开销为为1比特，不不考虑其它开开销，信道效效率为：η=d/(d+1)。。位图协议无冲突协议（（2）BinaryCountdown：节点发送数据据前先发送其其二进制地址址（长度相等等），这些地地址在信道中中被线性相加加，地址最高高的节点胜出出，可继续发发送数据。不考虑其它开开销，信道效效率为：η=d/(d+log2N)。若将地址作为为帧的第一个个字段，则信信道效率：η=100%。BinaryCountdown图示无冲突协议（（3）令牌传递协议议：一个小的、称称为令牌（token））的特殊帧在在节点间按固固定的次序巡巡游。节点收到令牌牌后，若没有有数据发送，，就将令牌传传给下一个节节点；否则发发送一定数量量的帧，再把把令牌传给下下一个节点。。网络中只有一一个令牌，只只有持有令牌牌的节点允许许发送，所以以不会有冲突突发生。2.5有限竞争协议议竞争协议：轻轻负载下延迟迟特性好，重重负载下信道道利用率低。。无冲突协议：：重负载下信信道利用率高高，轻负载下下延迟特性不不好。有限竞竞争协协议：：结合合以上上两类类协议议的优优点，，克服服各自自的缺缺点，，在轻轻负载载下获获得良良好的的延迟迟特性性，而而在重重负载载下获获得较较高的的信道道利用用率。。协议基基本思思想对节点点分组组，每每个时时隙（（slot）内内只允允许一一个组组的节节点竞竞争信信道，，目的的是通通过减减少同同一个个时隙隙内的的竞争争节点点数来来提高高发送送成功功的概概率。。组内节节点数数随系系统负负载的的变化化动态态调整整，负负载轻轻则节节点数数多，，负载载重则则节点点数少少，在在两个个极端端上分分别退退化为为竞争争协议议和无无冲突突协议议。协议的的关键键在于于如何何根据据系统统负载载自适适应调调整组组的划划分，，将时时隙分分配给给节点点。adaptivetreewalk时间片片0：：A以以下站站点发发送，，冲突突时间片片1：：B以以下站站点发发送，，冲突突时间片片2：：D以以下站站点发发送，，无发发送时间片片3：：E以以下站站点发发送，，冲突突时间片片4：：2发送送，成成功时间片片5：：3发送送，成成功时间片片6：：C以下站站点发发送，，无发发送2.6无线局局域网网协议议无线局局域网网的两两种模模式：：（a））有基站站的无无线局局域网网（b））自自组织织网（（adhocnetwork）AdHoc模模式的的无线线网络络单个节节点的的通信信范围围不能能覆盖盖整个个网络络，即即节点点的活活动不不能被被网络络中所所有节节点检检测到到。这这种网网络也也称多多跳无无线网网络。。若节节点点位位于于两两个个发发送送节节点点的的通通信信范范围围内内，，该该节节点点接接收收失失败败。。为什什么么CSMA不适适用用于于多多跳跳无无线线网网络络？？为什什么么CSMA不适适用用于于多多跳跳无无线线网网络络？？通过过载载波波侦侦听听，，发送送节节点点只只能能知知道道其其周周围围是是否否有有节节点点在在发发送送；；但但真真正正影影响响此此次次通通信信的的是是接接收收节节点点周周围围是是否否有有节节点点在在发发送送。。隐藏藏节节点点：：不不在在发发送送节节点点的的通通信信范范围围内内、、但但在在接接收收节节点点通通信信范范围围内内的的活活跃跃节节点点。。暴露露节节点点：：在在发发送送节节点点的的通通信信范范围围内内、、但但不不在在接接收收节节点点通通信信范范围围内内的的活活跃跃节节点点。。MultipleAccesswithCollisionAvoidance问题：：当节点点A准备备向节节点B发送送数据据时，，如何何让节节点B附近的的节点点保持持沉默默？MACA的基本本思想想：由发送送方主主动发发起一一次握握手过过程，，引起起接收收方发发送一一个短短的确确认帧帧；接接收端端周围围的节节点检检测到到这个个确认认帧，，并在在随后后的一一段时时间里里保持持沉默默。MACA协议图图示(a)AsendinganRTStoB.(b)BrespondingwithaCTStoA.MACA协议过过程A向B发送送一个个RTS帧帧，帧帧中给给出后后继数数据帧帧的长长度。。B收到到后回回复一一个CTS帧，，帧中中也给给出数数据帧帧的长长度。。A收到到CTS帧帧后就就可以以发送送。在此过过程中中，若若A周周围的的节点点监听听到了了A的的RTS帧帧，它它们会会在随随后的的一段段时间间内保保持沉沉默，，以便便让A无冲冲突地地收到到CTS帧帧；而而B周周围的的节点点监听听到B的CTS帧后后，也也会在在随后后的一一段时时间（（由CTS帧中中的数数据长长度决决定））内保保持沉沉默，，从而而让B能够够无冲冲突地地收到到A发发送的的数据据帧。。若B和和C同同时向向A发发送RTS帧，，则会会产生生冲突突，这这时不不成功功的发发送方方会随随机等等待一一段时时间后后再重重试。。MACAforWireless（MACAW）MACAW是对对MACA的改改进：：每当接接收端端正确确收到到一个个帧后后，发发送一一个确确认帧帧；发送端端在发发送RTS前，，使用用CSMA监听听信道道，避避免两两个节节点同同时向向同一一个接接收节节点发发送RTS；改进了了冲突突后的的回退退算法法；增加了了节点点间交交换拥拥塞信信息的的机制制。3局局域网网标准准IEEE于于1980年2月成成立局局域网网标准准化委委员会会，形形成的的一系系列标标准统统称为为IEEE802标准准。IEEE802标标准于于1984年3月被被ISO采采纳，，作为为局域域网的的国际际标准准，称称为ISO8802标标准。。IEEE802标标准主主要涉涉及物物理层层、数数据链链路层层、网网络层层的一一部分分；数数据链链路层层又进进一步步分为为介质质访问问控制制（MAC）子子层和和逻辑辑链路路控制制（LLC）子子层。。将数据据链路路层分分成两两个子子层的的好处处是，，利用用统一一的LLC子层层屏蔽蔽物理理网络络的细细节，，使得得网络络层协协议可可以独独立于于物理理介质质及介介质访访问控控制方方法。。IEEE802标标准系系列4令令牌环环网令牌环环由环环接口口和环环接口口间的的点到到点链链路组组成，，节点点通过过环接接口连连到网网上。。数据沿沿着一一个固固定的的方向向在环环上流流动，，每个个节点点从上上游节节点接接收数数据，，然后后立即即转发发到下下游节节点（（边收收边发发而不不是存存储转转发））。目的节节点将将数据据接收收下来来，同同时仍仍向下下游转转发。。数据返返回到到发送送节点点时，，发送送节点点将其其从环环上取取消。。令牌牌环环的的帧帧结结构构（1））令牌牌环环的的帧帧结结构构（（2））AC：：格格式式为为T：：令令牌牌比比特特，，令令牌牌帧帧中中T=0，，数数据据帧帧中中T=1。。当当节节点点为为发发送送数数据据而而捕捕获获到到一一个个令令牌牌帧帧后后，，将将T翻翻转转为为1。。PPP：：优优先先级级比比特特，，当当节节点点想想发发送送优优先先级级为为ｎｎ的的数数据据帧帧时时，，必必须须捕捕获获到到优优先先级级小小于于或或等等于于ｎｎ的的令令牌牌才才能能发发送送。。RRR：：预预约约比比特特，，节节点点在在数数据据帧帧通通过过时时，，将将自自己己想想要要发发送送的的帧帧的的优优先先级级写写到到预预约约比比特特中中（（除除非非已已有有其其它它站站预预约约了了更更高高的的优优先先级级））。。当当一一帧帧数数据据发发完完后后，，新新产产生生的的令令牌牌具具有有已已预预约约的的优优先先级级。。M：：监监控控比比特特，，监监控控站站用用来来检检测测未未被被发发送送站站取取消消的的数数据据帧帧。。数数据据帧帧发发送送时时M=0；；第第一一次次通通过过监监控控站站时时被被置置为为1；；第第二二次次通通过过监监控控站站时时被被检检测测到到。。PPPMTRRR令牌牌环环的的帧帧结结构构（（3））FS：：格格式式为为A：：地地址址识识别别比比特特。。数数据据帧帧发发送送时时A=0；；通通过过接接收收站站时时，，接接收收站站置置A=1。。C：：帧帧复复制制比比特特。。数数据据帧帧发发送送时时C=0，，接接收收站站将将帧帧接接收收下下来来后后，，置置C=1。。数据据帧帧返返回回发发送送站站时时，，发发送送站站检检查查A和和C，，有有三三种种情情况况：：A＝＝0，，C＝＝0：：接接收收站站不不存存在在或或没没加加电电；；A＝＝1，，C＝＝0：：接接收收站站存存在在，，但但没没有有接接收收帧帧；；A＝＝1，，C＝＝1：：接接收收站站存存在在，，且且接接收收了了该该帧帧。。ACrrACrr星型型环环结结构构5以太太网网（（Ethernet）传统统以以太太网网交换换式式以以太太网网快速速以以太太网网千兆兆以以太太网网5.1传传统统以太太网网（（TraditionalEthernet）组网网方方式式：：10Base-5（（粗粗缆缆以以太太网网））：：使用用粗粗的的基带带同轴轴电电缆缆作作为为传传输输介介质质，，采采用用总总线线型型拓拓扑扑；；数据据速速率率10Mbps，，每段段电电缆缆最最大大长长度度500米米。。10Base-2（（细细缆缆以以太太网网））：：使用细的基带同轴电缆，采采用总线型拓拓扑；数据速率10Mbps，每段电缆最大大长度约200米。**这两种以以太网在新建建的局域网中中已很少使用用。图示ThreekindsofEthernetcabling.(a)10Base5,(b)10Base2,(c)10Base-T.传统以太网组组网方式（2）10Base-T使用3类双绞绞线和集线器器（hub））连接计算机，，物理上是星星型拓扑，逻逻辑上是总线线型拓扑；数据速率10Mbps，，双绞线最大大长度100米；使用RJ-45连接器，，插拔非常方方便；双绞线以太网网是连接桌面面系统最流行行的技术。传统以太网组组网方式（3）10Base-F使用多模光纤纤作为传输介介质，采用星星型拓扑；数据速率10Mbps，，光纤最大长长度2000米。光纤以太网常常用于建筑物物间的连接。。使用中继器连连接多个以太太网段物理层编码传统以太网在在物理层上使使用曼彻斯特特编码。为达到10Mbps数据据速率，信号号速率（波特特率）要达到到20Mbaud。以太网帧结构构DIX以太帧帧与802.3帧DIX以太帧结构：：帧边界：8个个前导码（0xAA）类型：指出处处理数据域的的协议实体802.3帧帧结构：SOF：使用用与802.4和802.5相兼容容的帧起始标标记长度：替代DIX帧中的的类型域，指指出数据域的的长度。这两种格式都都可使用，当当类型/长度度域的值大于于1500时时解释为类型型域，否则解解释为长度域域。MAC地址每一块网络适适配器（网卡卡）都固定分分配了一个地地址，称为MAC地址，，也称物理地地址。MAC地址长长6个字节，，一般用由冒冒号分隔的6个十六进制制数表示，如如8:0:2b:e4:b1:2。全局地址和局局部地址：局部地址：由由网管分配且且只在本网内内有效。全局地址：由由IEEE统统一分配，确确保每块适配配器的地址都都是唯一的。。全局地址和局局部地址全局地址和局局部地址是以以地址的次高高比特（地址址在线路上传传输时的第二二个比特）来来标识的：全局地址：地地址次高比特特为0局部地址：地地址次高比特特为1TCP/IP规定包头中中的整数值在在传输时用网网络字节序表表示，TCP/IP定定义网络字节节序为大端，，即高位字节节存放在较小小的地址。地址类型目的地址类型型：单播地址：目目的主机适配配器的MAC地址，地址址最高比特为为0。多播地址：标标识一个多播播组的逻辑地地址，地址最最高比特为1。广播地址：48位全是1。以太网中传输输的每一个帧帧可被每一个个适配器收到到，为减轻主主机的工作负负担，适配器器仅将发给本本节点的帧交交给主机。网桥、协议分分析器等特殊殊设备的适配配器可设置成成杂收模式（（promiscuousmode），将收收到的所有帧帧交给主机。。介质访问控制制以太网采用CSMA/CD作为介质质访问控制协协议：发送前监听信信道：信道忙（监听听到信号能量量）则坚持监监听；一旦发现信道道空闲，立即即发送；发送时继续监监听信道，若若检测到冲突突（发现异常常的信号能量量），立即停停止传送，并并发送一个阻阻塞信号（加加强冲突）；；进入指数回退退（exponentialbackoff）阶段，随随机等待一段段时间后重新新监听信道。。检测冲突当信号传播延延迟不可忽略略时，为确保保发送节点能能够检测到冲冲突，发送的的帧必须具有有足够的长度度。若信号在以太太网上相距最最远的两个适适配器之间的的往返延迟为为2τ，帧的的发送时间至至少应为2ττ。在最大配置的的以太网（带带有4个中继继器、直径为为2500米米的粗缆以太太网）中，2τ=51.2μs，，这在10Mbps速速率下对应于于512比特特（64字节节）的最小帧帧长。这解释了为什什么以太帧中中需要0~46字节的填填充域。检测冲突所需需的最大时间间解决冲突指数回退：冲突产生后，，时间被分成成一系列长为为51.2μμs的时隙。。第一次冲突后后，设置参数数n=1，从0~1中随机选选择一个整数数k，等待待k×51.2μs后后重试。以后每发生一一次冲突，就就将n加加倍，然后从从0~2n-1中随机选选择一个整数数k，等待待k×51.2μs后后重试。算法规定n最大为10。10次次冲突后，随随机等待的最最大时隙数固固定在1023。适配器通常最最多尝试16次，仍冲突突则向上层报报告出错。以太网的性能能以太网适合在在轻负载下工工作，一般而而言，信道利利用率超过30%就认为为是重负载了了。多数以太网工工作在较保守守的状态下：：大部分以太网网上的主机数数小于200；大部分以太网网的规模远小小于2500米，往返延延迟接近5μμs而不是51.2μs；主机通常会提提供某种端到到端的流量控控制机制。5.2交换式以太网（SwitchedEthernet）共享式以太网网的问题：在有N个节点点的系统中，，每个节点平平均只能获得得总带宽的1/N；当较多的节点点加入网络时时，由于冲突突增加，导致致网络性能下下降。解决网络规模模与网络性能能之间矛盾的的几种方法：：提高网络速度度：不能从根根本上解决冲冲突增加的问问题；网络分段：增增加设备代价价，管理困难难；交换技术：将将冲突域中的的节点数减少少到一个，避避免冲突的发发生，从根本本上改变共享享式局域网的的结构。交换机以太网网（2）交换机是交换换式以太网的的核心：由一个高速交交换背板和若若干线卡组成成；每块线卡上有有一些端口，，每个端口可可连接一台主主机；数据帧通过过背板在不不同线卡间间交换。线卡的两种种构造方法法：线卡上的所所有端口连连接在一起起，形成一一个冲突域域；线卡上的每每个端口有有一个输入入缓存，输输入的帧首首先缓存在在卡的RAM中，然然后再拷贝贝到目的端端口所对应应的RAM中，即每每个端口是是一个独立立的冲突域域。交换机AsimpleexampleofswitchedEthernet.交换式以太太网的优点点交换式以太太网将“共共享”变为为“独享””：交换机为每每个端口提提供专用的的带宽每个节点通通过专用链链路连到交交换机的一一个端口网络的总带带宽为各个个交换端口口带宽之和和。随着用户（（端口）的的增多，网网络带宽不不断增加，，即使网络络负载很重重也不会导导致网络性性能下降。。交换式以太太网从根本本上解决了了网络规模模与网络性性能的矛盾盾问题。交换式以太太网的最小小帧长及规规模交换式以太太网不再使使用CSMA/CD协议，理理论上说，，不再需要要限制帧的的最小长度度；但为了了向后兼容容，帧的最最小长度仍仍为64字字节。这样样协议软件件不需要做做任何改动动。由于交换式式以太网不不再使用CSMA/CD协议议，传输介介质的长度度只和信号号强度及介介质传输能能力有关，，与信号的的最大往返返时间无关关：3类双绞线线：在不超超过100米的距离离内支持10Mbps5类双绞线线：在不超超过100米的距离离内支持100Mbps光纤：可以以达到数千千米以上5.3快快速以太网网（FastEthernet）标准为802.3u，除了数据速速率提高到到100Mbps以以外，完全全保留了802.3的MAC层（帧格格式、接口口及处理规规程）。定义了三种种新的物理理层标准（（组网方案案）：100Base-TX：5类类非屏蔽双双绞线100Base-T4：3类类非屏蔽双双绞线100Base-FX：光纤纤物理层上只只使用集线线器和交换换机进行组组网，且传传输介质只只使用双绞绞线和光纤纤。100Base-TX5类双绞线线组网方案案。5类双绞线线可工作在在125MHz的时时钟频率下下，在不超超过100米的距离离内，使用用4B/5B编码可可获得100Mbps的数据据速率。因此，使用两对双双绞线连接接集线器和和适配器（（采用RJ-45连连接器），，一对用于于输入，一一对用于输输出。每对双绞线线运行在125Mbaud，，可获得125M××4/5=100Mbps数据速速率。该方案可在在两个方向向上获得100Mbps数据据速率。100Base-T43类双绞线线组网方案案。3类双绞线线无法在100米内内支持100Mb/s，因此此使用了一一根电缆中中的全部四四对双绞线线，一对固固定作为输输入，一对对固定作为为输出，还还有两对总总是切换到到当前传输输方向上。。每对双绞线线运行在25MBaud，，传输3状状态信号，，将三对双双绞线视为为一体，信信号状态共共有27种种，每种状状态至少携携带4比特特数据（8B/6T编码）。。当前传输方方向上可以以获得4××25M=100Mbps的数据据速率，另另一方向上上提供33.3Mbps带宽（一对对双绞线））。该方案仅在在一个方向向上获得100Mbps数据据速率。该方案仍然然采用RJ-45连连接器。100Base-FX光纤组网方方案。使用两条多多模光纤，，一条用于于输入，一一条用于输输出。采用4B/5B编码码，每条光光纤均提供供100Mbps的的数据速率率。计算机与组组网设备间间的距离可可以达到2000米米。快速以太网网使用的网网络设备集线器:所有节点位位于一个冲冲突域中，，采用CSMA/CD协议，，工作于半半双工工作作方式。交换机：每个端口是是一个冲突突域，不再再执行CSMA/CD协议，，工作于全全双工方式式。100Base-T（100Base-T4和和100Base-TX）可以使用集集线器，也也可以使用用交换机；；但100Base-FX只只能使用交交换机。自动协商模模式允许两个节节点自动配配置通信的的最佳速率率和通信方方式（全双双工或半双双工），从从而可以方方便地连接接已有的10Mbps站点，，也便于10Mbps站点的的升级。10Mbp、100Mbps及1000M的设设备都可以以通过自动动协商模式式进行互操操作。5.4千兆以太网网（GigabitEthernet）标准是802.3z，除数据速率率提高到1Gbps以外，仍仍然与已有有的以太网网标准相兼兼容，包括括帧格式、、最小和最最大帧长限限制等。千兆以太网网的所有配配置都是点点到点的，，它允许两两台计算机机直接相连连，也允许许用hub或交换机机连接计算算机，或连连接其它的的hub或或交换机。。千兆以太网网的连接方方式千兆以太网网的操作模模式（1））全双工模式式：这是正常模模式，当使使用交换机机连接时使使用这种模模式。两根根光纤或两两对双绞线线，一根（（对）用作作输入，一一根（对））用作输出出。由于不使用用CSMA/CD，，线路的长度只取取决于信号号的强度。。交换机可以以随意混合合和匹配速速率，也支支持自动协协商模式。。千兆以太网网的操作模模式（2））半双工模式式：当使用hub连接时时使用这种种模式。使用CSMA/CD协议，网网络规模200米，，线路上传传输的最小小帧长增大大为512字节。为向后兼容容，增加以以下两个特特性：载波扩展：：链路层上上仍使用64字节的的最小帧长长，但由发发送硬件在在发送时填填充至512字节，，并由接收收硬件自动动去除。帧突发传输输（framebursting））：发送端端可将多个个帧放在一一起传输，，以避免将将每个帧填填充至512字节。。千兆以太网网物理层标标准千兆以太网网组网方式式（1）光纤组网：：激光作为光光源，波长长0.85μm（只用于多模模光纤）和和1.3μμm两种。。光纤10μμm（单模模）、50μm（多多模）和62.5μμm（多模模）三种。。传输距离与与所使用的的光纤类型型及光波段段有关，使使用10μμm光纤和和1.3μμm波长时时可以达到到5公里。。传输时使用用8B/10B编码码，1250Mbaud信号号速率，数数据速率1250M×8/10=1000Mbps。千兆以太网网组网方式式（2）双绞线组网网：屏蔽双绞线线：2对，，由于距离离太近，很很少使用。。5类双绞线线：使用4对5类线，最最大长度100米。。每对运行在在125M波特。采用PAM5编码，，5个电平平等级，其其中四种电电平用于编编码数据，，一种电平平用于控制制，因此每每个信号携携带2比特特数据。4对双绞线线可以获得得2×4××125M=1000Mbps数数据速率。。每对双绞线线都可以双双向传输，，因此可全全双工地获获得1000Mbps数据速速率。流量控制千兆以太网网支持流量量控制，原原因是：在1Gb/s这样的的高速下，，收发双方方的同步非非常重要；；当位于千兆兆以太网上上的主机向向传统以太太网上的主主机发送数数据时，很很容易造成成接收主机机缓存溢出出。流量控制的的方法：接收端向发发送端发送送一个特殊殊的控制帧帧，要求暂暂停发送。。控制帧是类类型为0x8808的普通以以太帧，数数据域的头头两个字节节给出命令令，后续字字节给出参参数，说明明要暂停多多长时间，，单位为发发送最短帧帧所需的时时间。在千兆以太太网中，时时间单位为为512ns，最长长允许暂停停的时间为为33.6ms。6无线线局域网802.11协议栈物理层MAC子层协议帧结构服务802.11协议栈栈802.11物理层层802.11infrared：红红外通信，，1Mbps和2Mbps两两种速率。。优点是各各个房间的的通信系统统互不干扰扰，缺点是是带宽太低低。802.11FHSS：跳跳频扩频，，工作在2.4GHz频带，，1Mbps和2Mbps两种速率率。优点是是安全性好好，抗干扰扰强，常用用于建筑物物之间的通通信，缺点点是带宽太太低。802.11DSSS：直直序扩频，，1Mbps和2Mbps两种速率率。802.11aOFDM：正交频频分多路复复用，工作作于5GHz频带，，最高速率率54Mbps。优点是抗窄窄带干扰强强，并能够够使用非连连续信道。。802.11bHR-DSSS：高高速直序扩扩频，工作作于2.4GHz频频带，有1，2，5.5和11Mbps四种速速率，通信信范围是802.11a的的7倍。802.11gOFDM：工作在在2.4GHz频带带，理论上上可以达到到54Mbps。两种结构的的无线局域域网802.11的操作作模式（1）PCF（PointCoordinationFunction）模式：该模式只能能用于有基基础设施（（基站）的的无线网络络，由基站站控制单元元内的所有有通信活动动。轮询：基站站依次询问问单元中的的节点，被被询问到的的节点可以以发送它们们的帧，不不会有冲突突发生。新节点注册册：新加入入的节点可可以注册一一个恒定速速率的轮询询服务，声声明自己希希望得到的的带宽。电源管理：：基站可以以指示某些些节点进入入睡眠状态态，当有数数据要发给给这些节点点时唤醒它它们。PCF的实实现是可选选的。802.11的操作作模式（2）DCF（（DistributedCoordinationFunction））：：该模模式式可可用用于于有有基基础础设设施施的的无无线线网网络络和和无无基基础础设设施施的的无无线线网网络络，，所所有有实实现现必必须须支支持持DCF模模式式。。所有有节节点点（（包包括括AP））使使用用CSMA/CA协协议议竞竞争争信信道道。。CSMA/CA支支持持两两种种机机制制：：信道道预预约约机机制制（（可可选选））无信信道道预预约约的的机机制制使用用信信道道预预约约机机制制的的CSMA/CAB欲欲向向C发发送送一一个个数数据据帧帧：：B向向C发发送送一一个个RTS帧帧，，帧帧中中给给出出随随后后要要发发送送的的数数据据帧帧及及确确认认帧帧需需要要的的总总时时间间。。C收收到到后后回回复复一一个个CTS帧帧，，帧帧中中给给出出同同样样的的时时间间。。B收收到到CTS帧帧后后开开始始发发送送，，并并启启动动一一个个定定时时器器等等待待确确认认。。C收收到到帧帧后后，，发发送送一一个个ACK帧帧进进行行确确认认。。A和和D收收到到RTS和和CTS后后，，分分别别沉沉默默一一段段时时间间，，直直至至B收收到到ACK。。若B定定时时器器超超时时，，重重复复以以上上过过程程。。若有有两两个个站站同同时时发发送送RTS帧帧，，产产生生冲冲突突，，不不成成功功的的发发送送方方随随机机等等待待一一段段时时间间后后重重试试。。使用用RTS/CTS预预约约信信道道段突突发发传传输输机机制制802.11允允许许发发送送站站将将帧帧分分成成较较小小的的段段传传输输以以减减小小出出错错重重发发的的通通信信量量。。每个个段段单单独独编编号号，，采采用用停停-等等协协议议传传输输。。节点点在在获获取取信信道道后后可可以以连连续续地地将将一一个个帧帧的的所所有有段段全全部部发发完完。。段突突发发传传输输帧间间距距机机制制802.11允允许许DCF和和PCF在在一一个个单单元元内内共共存存，，这这是是通通过过帧帧间间距距机机制制实实现现的的。。帧间间距距机机制制（（续续））SIFS：：允允许许正正处处于于会会话话中中的的节节点点优优先先发发送送，，如如收收到到RTS的的节节点点发发送送一一个个CTS，，收收到到数数据据的的节节点点发发送送一一个个ACK，，收收到到ACK的的节节点点发发送送下下一一个个段段。。PIFS：：如果果在SIFS后后没有有节点点发送送，在在PIFS之后后基站站（PCF模式式）可可以发发送一一个信信标帧帧或一一个轮轮询帧帧。DIFS：：如果果没有有基站站发送送，DIFS之之后任任何节节点可可以竞竞争信信道。。EIFS：：如果果以上上间隔隔都没没有发发送，，EIFS之后后收到到坏帧帧或未未知帧帧的节节点可可以发发送一一个帧帧报告告错误误。不使用用信道道预约约机制制的CSMA/CA当一个个节点点有帧帧要发发送时时，首首先侦侦听信信道：：1）若若一开开始就就侦听听到信信道空空闲，，则在在等待待了DIFS时时间后后发送该帧帧。2）若若信道道忙，，则选选取一一个随随机的的回退退值，，并在在侦听听到信信道空闲时时开始始递减减该值值。在在此过过程中中若侦侦听到到信道道忙，，则冻结计计数值值。3）当当计数数值减减为0时，，该节节点发发送整整个帧帧并等等待确确认。。4）若若收到到确认认帧，，表明明帧发发送成成功；；若还还要发发送下下一个个帧，从从第2步开开始CSMA/CA协议议；若若未收收到确确认，，节点点重新进进入第第2步步中的的回退退阶段段，并并从一一个更更大的的范围围内选取随随机值值。因此，，如果果有k个节节点在在等待待发送送，则则它们们随机机选取取的回回退值值确定定了它它们的的发送送顺序序。CSMA/CA与CSMA/CD的不不同最根本本的不不同：：CSMA/CD在发发送过过程中中检测测冲突突，而而CSMA/CA在在发送送过程程中不不检测测冲突突。冲突对对无线线网络络的损损害要要大得得多，，应当当尽可可能地地避免免。由此带带来的的协议议处理理方面面的不不同：：在CSMA/CD中中，节节点侦侦听到到信道道空闲闲时立立即发发送。。在CSMA/CA中中，节节点侦侦听到到信道道空闲闲后要要推迟迟发送送，尤尤其在在第2步中中要随随机回回退。。这些些措施施都是是为了了尽可可能避避免冲冲突。。802.11的的帧结结构帧类型型：数据帧帧、控控制帧帧和管管理帧帧。每种帧帧都有有一个个被MAC层使使用的的头，，还有有一些些被物物理层层使用用的头头。802.11的的数据据帧（（只给给出MAC层的的头））802.11的的服务务每个遵遵从802.11的的无线线局域域网必必须提提供2类共共9种种服务务。分配服服务（（Distributionservice）：：由基基站提提供，，管理理cell成员员关系系，与与其它它cell中的的站进进行交交互。。建立联联系（（association））：移移动节节点进进入一一个cell后后使用用该服服务与与基站站建立立联系系。解除联联系（（disassociation）：节节点关关机或或离开开前与与基站站解除除联系系。重建联联系（（reassociation））：节节点使使用该该服务务改变变首选选基站站。分发（（distribution）：：基站站转发发收到到的帧帧。集成（integration）：：将802.11格式式转换成成目的网网络要求求的格式式。802.11服服务（续续）站服务（（stationservices）：：在联系系建立起起来后使使用，用用于管理理cell内的的活动。。身份鉴别别（authentication）：基站验证证移动节节点的身身份。解除鉴别别（deauthentication））：一个个此前经经过认证证的节点点离开网网络前解解除认证证。保密（privacy）：处处理数据据的加密密和解密密。数据传递递（datadelivery））：数据据收发服服务，802.11提提供的数数据传输输服务是是不可靠靠的。7宽宽带无线线网络（（802.16）802.16传传输环境境802.11与与802.16的比较较802.11主主要为个个人移动动用户提提供因特特网接入入服务；；802.16主要为为建筑物物中的固固定用户户提供包包括话音音、视频频、因特特网接入入在内的的综合服服务。802.11是是覆盖范范围很小小的专用用网络；；802.16是覆盖盖城区范范围的公公用通信信网络，，因此802.16的的安全性性要求比比802.11高得多多。一个802.11cell支持的用用户数量量不多，，用户要要求的带带宽也不不高；一一个802.16cell要支持持上千户户家庭，，且每个个用户的的带宽要要求可能能很高，，因此802.16要要提供比比802.11高得多多的带宽宽。尽管802.11支持持实时通通信，但但并不是是专门针针对电话话和视频频服务设设计的；；而802.16却不不是这样样，因此此802.16要求更更好的服服务质量量。8蓝牙牙（Bluetooth）蓝牙最初初的目的的是用短短距离、、低功率率和廉价价的无线线收发器器将计算算设备与与通信设设备、外外设等连连接起来来。蓝牙也可可用于组组建无线线局域网网，但它它和802.11系统统是互相相干扰的的，因因为802.11和蓝蓝牙都工工作在2.4GHz频频带相同同的79个信道道上。目目前尚无无解决办办法。蓝牙是关关于一个个完整系系统（从从物理层层到应用用层）的的规范。。无线个人人区域网网标准802.15采采纳了蓝蓝牙1.0版本本的规范范，但只只标准化化了物理理层和数数据链路路层。蓝牙体系系结构蓝牙系统统的基本本单元是是piconet（皮皮可网，，微微网网），半径不超超过10米，有有一个主主节点点，最多多七个活活跃的从从节点，，和最多多255个处于于低功耗耗状态的的停留节节点。多个piconet可可以通过过桥节点点连接起起来，形形成scatternet。。Piconet的核心心是一个个集中式式的TDM系统统，主节节点控制制时钟并并且决定定哪个从从节点在在什么时时候可以以通信.所有通信信都发生生在主节节点和某某个从节节点之间间，从节节点之间间的直接接通信是是不允许许的。Piconet和scatternet蓝牙应用用13种蓝蓝牙应用用大致分分为4类类：为其它应应用提供供支撑服服务（1-4））提供联网网接入服服务（5-7））提供电话话服务（（8-10）提供数据据交换服服务（11-13）9逻逻辑链路路控制协协议802.2逻辑链路路控制子子层（LLC））的作用用：向网络层层提供统统一的接接口，隐隐藏各种种802局域网网的差别别为网络层层提供不不同的服服务服务类型型：不可靠的的数据报报服务（（因特网网只使用用这种服服务）可靠的数数据报服服务可靠的面面向连接接的服务务LLC的的位置(a)PositionofLLC.(b)Protocolformats.802.2帧结结构802.2帧结结构目的访问问点：接接收该帧帧的协议议实体，，作用相相当于DIX帧帧中的类类型域。。源访问点点：发送送该帧的的协议实实体。控制：类类似于HDLC的控制制字段，，但做了了一些修修改，其其中序号号及确认认仅在要要求可靠靠传输的的情况下下使用。。信息：携携带上层层数据。。10局局域网网互联使用网桥桥连接局局域网透明桥生成树算算法远程桥使用交换换机连接接局域网网用网桥连连接两个个局域网网用网桥连连接不同同局域网网的困难难用网桥连连接不同同局域网网的困难难：帧格式不不同：需需要重新新组帧和和重新计计算校验验和。网络速率率不匹配配：要求求网桥能能够缓存存大量的的帧，但但仍有可可能因内内存不够够而丢失失帧。最大帧长长不同：：数据链链路层协协议不能能处理帧帧的分片片与重组组，因此此超过目目的网络络最大帧帧长的帧帧只能被被丢弃。。优先级：：令牌传传递网络络支持优优先级，，而以太太网不支支持。安全措施施：802.11支持持数据链链路层加加密，而而以太网网不支持持。10.1透明明桥设计目标标：即插即用用：只需需将网桥桥与各个个欲通过过它互联联的局域域网连接接起来，，整个系系统就能能够正常常工作，，不需要要做任何何硬件或或软件上上的设置置。网桥的插插入不会会中断现现有网络络的运行行。网桥的存存在对网网络用户户是透明明的。透明桥连连接局域域网示例例透明桥工工作原理理（1））网桥的任任务是接接收与之之相连的的网上传传送的全全部帧，，筛选出出需要转转发的帧帧发送到到相应的的端口。。问题一：：网桥如何何知道是是否应当当转发帧帧，以及及应往哪哪个端口口转发？？解决方法法：网桥内部部使用一一张转发发表，表表中记录录各个目目的地址址在网桥桥的哪个个端口上上。网桥用帧帧的目的的地址查查找转发发表，若若目的地地址所在在端口与与帧的输输入端口口相同，，丢弃帧帧；否则则从目的的地址所所在端口口转发帧帧。透明桥工工作原理理（2））问题二：：网桥中的的转发表表从何而而来？答案：网桥通过过逆向学学习法获获知各个个目的地地址所在在的端口口，逐步步建立转转发表。。逆向学习习：网桥桥通过检检查帧的的源地址址及输入入端口来来发现网网络中的的节点及及所在的的端口。。透明桥工工作原理理（3））问题三：：若转发表表尚未完完全建立立或出现现了新节节点，即即帧的目目的地址址不在转转发表中中，网桥桥该如何何转发？？方法：使用扩散散法转发发。扩散法：：将帧在在除输入入端口以以外的所所有端口口上发送送。透明桥工工作原理理（4））问题四：：网桥学习习到的知知识过时时了怎么么办？解决方法法：给转发表表的每个个表项添添加一个个时间项项，称为为生存期期。网桥定期期扫描转转发表，，递减每每个表项项的生存存期值，，将生存存期值减减为0的的表项删删去。透明桥的处理过过程当透明桥桥收到一一个帧后后，要进进行以下下处理：：用帧的目目的地址址查找转转发表（（进行转发发决策）：若目的地地址的输输出端口口与帧的的输入端端口相同同，丢弃弃帧。若目的地地址的输输出端口口与帧的的输入端端口不同同，从输输出端口口转发帧帧。若目的地地址不在在转发表表中，在在除输入入端口以以外的所所有端口口转发帧帧。用帧的源源地址查查找转发发表（更新转发发表）：若找到该该地址，，将对应应表项的的生存期期设为最最大值。。若没有找找到该地地址，将将源地址址与输入入端口添添加到转转发表中中，设置置表项的的生存期期为最大大值。管理程序序定期扫扫描转发发表，递递减每个个表项的的生存期期值，并并将那些些生存期期值减为为0的表表项删去去。10.2生成树算算法问题：树型拓扑扑的网络络中，每每个网桥桥是一个个单故障障点，系系统可靠靠性差。。使用冗余余的网桥桥可提高高可靠性性，但网网络中又又会形成成环。如何解决决环的问问题？解决思路路：在有环的的网络中中，仅在在网桥发发生故障障时才启启用冗余余链路，，平时只只使用没没有环的的拓扑转转发帧。。问题描述述：将网桥抽抽象成边边，局域域网抽象象成顶点点，形成成网络拓拓扑图。。求该图图的一棵棵生成树树（spanningtree）），使得得覆盖图图中所有有的顶点点但没有有环路。。基于生成树树转发帧：：生成树构造造完成后，，只有位于于生成树中中的网桥能能够在属于于生成树的的边上转发发帧。用生成树消消除冗余链链路(a)InterconnectedLANs.(b)AspanningtreecoveringtheLANs生成树的构构造算法（（802.1D）选举根网桥桥：各个网网桥广播自自己的序列列号，序列列号最小的的网桥成为为生成树的的根。根网网桥可在所所有的端口口上转发帧帧。每个网桥计计算自己到到根的最短短路径（跳跳数），记记录自己的的哪个端口口在最短路路径上，这这个端口即即为该网桥桥到根的优优先路径。。所有连接到到同一个LAN上的的网桥选出出一个指派派网桥（designatedbridge），指派派网桥是这这些网桥中中离根最近近的；若距距离相等，，则选序列列号最小的的。生成树的节节点由根网网桥和指派派网桥组成成，指派网网桥到根网网桥最短路路径上的端端口成为生生成树上的的边。生成树算法法始终在每每个网桥（（包括非指指派网桥））上运行，，当树中的的某个网桥桥或局域网网出现故障障时，重新新计算生成成树。构造生成树树的例子10.3远程桥远程桥之间间通过点到到点线路相相连。点到点线路路上运行某某种点到点点数据链路路层协议，，如PPP。RemotebridgescanbeusedtointerconnectdistantLANs.远程桥之间间帧的传输输方式若源网络和和目的网络络相同：完整的MAC帧放在在点到点链链路层帧的的载荷中传传输。这种方式最最简单，避避免了帧格格式转换的的麻烦，称称为隧道方方式。若源网络和和目的网络络不同：源网桥将MAC帧的的载荷取出出，装入点点到点链路路层帧的载载荷，目的的网桥再取取出组装成成目的网络络上的MAC帧。这种方式需需要较多的的处理开销销，而且会会由于网桥桥存储器中中某个内存存位的损坏坏引入不可可检测的错错误。10.4用用交换机机连接局域域网交换机的应应用：可以作为集集线设备，，每个端口口连接一台台主机。可以用来连连接以太网网，每个端端口连接一一个网段。。大型交换机机提供不同同网络体系系结构的端端口，可以以用来连接接不同类型型的局域网网，类似于于网桥。交换机与网网桥类似的的地方：采用逆向学学习法构造造转发表采用生成树树算法去除除冗余链路路交换机与网网桥不同的的地方转发模式：：网桥只使用用存储-转转发模式；；而交换机机支持存储储-转发和和快速转发发（cutthrough）两种模模式，缺省省模式是存存储-转发发。快速转发：：交换机在在收到帧的的前6个节节字后即查查找转发表表，在输入入和输出端端口之间建建立直通连连接，开始始转发帧。。转发速率：：交换机的转转发速率远远高于网桥桥，因为交交换机采用用专用集成成电路芯片片实现协议议解析和帧帧转发，而而不是基于于CPU的的软件方法法。端口密度：：网桥一般只只有很少的的几个端口口，用于连连接局域网网；交换机机主要用于于连接单个个主机，有有许多端口口。应用多种交交换机实现现局域网组组网使用二层设设备连接局局域网的局局限性可扩展性问问题：生成树算法法假设网络络是扁平结结构的，而而扁平结构构的网络不不具有可扩扩展性。用二层设备备连接的局局域网在同同一个广播播域中，不不能阻断广广