计算机网络设计与安全技术 课件5 局域网协议仿真设计与实现

《计算机网络设计与安全技术》第5章

局域网协议仿真设计与实现1学习内容：（1）CSMA/CD协议的模拟实现；（2）CSMA/CA的模拟设计；（3）透明网桥。学习目标：（1）具备CSMA/CD协议的分析和模拟设计能力；（2）具备CSMA/CA协议的分析和模拟设计能力；（3）编程实现透明网桥的自学习算法，能够构造转发表。25.1CSMA/CD协议的模拟实现35.1.1

CSMA/CD协议的工作原理CSMA/CD方法用来解决多个结点共享公用总线的问题。在以太网中，任何结点都没有可预约的发送时间，这种介质访问控制属于随机争用型方法。CSMA/CD协议的工作原理是:发送数据前，先侦听信道是否空闲。若空闲，则立即发送数据。在发送数据时,边发送边继续侦听。若侦听遇到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试。可总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。4Ethernet帧的发送流程5以太网帧的接收流程以太网帧的接收流程大致可以分为以下三个步骤：1）检查是否发生冲突，若发生冲突，则丢弃该帧；若没有冲突，进入下一步。2）检查该帧的目的地址，看是否可以接收该帧，若可以接收，则进入下一步。3）检查CRC检验和LLC数据长度。若都正确，接收该帧，否则丢弃。65.1.2以太网结点的数据发送程序设计（1）设计要求1）在一台计算机上实现，用多个程序或线程来模拟多个计算机。2）总线可以使用一个共享数据区、共享内存或者文件来模拟。3）模拟实现载波监听的过程。4）模拟实现发生冲突的过程和冲突的处理机制。（2）设计思路

可以采用多线程方法模拟多个结点发送。程序产生冲突主要取决于各线程能否交叉执行，具体又取决于CPU数、每一线程需要运行的时间等。对于冲突模拟，可以在程序中加入延时。75.2

CSMA/CA的模拟设计5.2.1CSMA/CA的工作原理802.11标准为数据帧定义了不同的信道使用优先级，使用三种不同的时间参数：短帧间隔SIFS、长帧间隔DIFS和点协同间隔PIFS。SIFS最短，使用它作为等待时延的结点将用最高的信道使用优先级来发送数据帧。网络中的控制帧以及对所接收数据的确认帧都采用SIFS作为发送之前的等待时延。DIFS最长，所有的数据帧都采用DIFS作为等待时延。PIFS具有中等级别的优先级，主要作为AP定期向服务区内发送管理帧或探测帧所用的等待时延。8CSMA/CA协议的工作原理95.2.2CSMA/CA的模拟程序设计无争用期的CSMA/CD动态退避仿真效果有争用期的CSMA/CD动态退避仿真效果105.3

透明网桥

在数据链路层扩展局域网是使用网桥。网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能，当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。

目前使用得最多的网桥是透明网桥。“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE

802.1(D)或ISO8802.1d。115.3.1透明网桥的自学习算法（1）网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无匹配的项目。如果没有，就在转发表中增加一个项目；如果有，则对原有的项目进行更新。（2）转发帧。查找转发表中与收到帧的源地址有无匹配的项目。如果没有，则通过所有其他接口进行转发；如果有，则按转发表中给出的接口进行转发。但应注意，若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧。

到达帧的路由选择过程取决于发送的LAN（源LAN）和目的地所在的LAN（目的LAN）两项，如下所示：①如果源LAN和目的LAN相同，则丢弃该帧。②如果源LAN和目的LAN不同，则转发该帧。③如果目的LAN未知，则进行扩散。12【例5.1】

如图5.5所示，6个站点通过透明网桥B1和B2连接到一个扩展的局域网上。初始时网桥B1和B2的转发表都是空的。假设需要传输的帧序列如下：H2传输给H1；H5传输给H4；H3传输给H5；H1传输给H2；H6传输给H5。假设转发表表项的格式为：[站点,端口]，请写出这些帧传输完成后网桥B1和B2的转发表。13解析：在传输完成这些帧后，网桥B1和B2的转发表如表5.1所示。表5.1

网桥B1和B2中的转发表网桥B1中的转发表网桥B2中的转发表站点端口站点端口H21H21H52H52H32H31H11H62145.3.2

透明网桥自学习算法的C语言实现5.3.3

透明网桥自学习算法的C#语言实现15转发表生成的总体流程16转发表生成程序的运行效果本章小结

本章给出了4个仿真设计案例：针对以太网的工作原理，采用C语言进行仿真设计。针对无线网络的工作原理，采用Matlab仿真进行算法分析和效果测试，给出了关键代码和仿真结果。在透明网