非持续CSMA
每个节点在发送前，先侦听信道，如果信道正忙，则不 再继续侦听，而是延时以随机时隙数，再侦听信道
P-持续
用于分时隙信道，先侦听信道，如信道正忙，则等到下 一时隙再侦听；如信道空闲，则以概率p发送，以（1-p） 把本次发送延至下一时隙，直至发送成功
传播时延对载波侦听的影响（例子）
在极限条件下，802.3局域网中收发器间（允许4 个中继器）的最大距离为2500米，往返5000米， 同轴电缆的时延特性为5us/km，即如遇冲突， 端到端并返回的时延为25us。然而，这是理想
的时延，考虑到中继器的额外时延，最坏情况 下估计为45us，再加上强化冲突需要发送48bit， 接收方要接收到48bit才能确认冲突，即在曾加 4.8us，共49.8us，以太网通常取51.2us为竞争 周期时隙长度，即帧的长度至少为64个字节
(CSMA/CD) 访问控制方法的总线形Ethernet， 称为“以太网”。 采用令牌控制的令牌总线形（Token Bus）局域 网，称为“Token Bus”或“令牌总线网”。 采用令牌控制的令牌环形（Token Ring）局域 网，称为“Token Ring”或“令牌环网”。
CSMA/CD总线形局域网特点
允许立即发送，将在下一个时隙的开始处发送， 危险区比纯ALOHA减少一半，吞吐率最大 0.368
载波侦听多路访问CSMA（Carrier Sense Multiple Access）
1-持续CSMA 非持续CSMA P-持续CSMA
1-持续CSMA
每个节点在发送前，先侦听信道，如信道正忙，则等待 并持续侦听，一旦信道为空，立即发送，如冲突，则延 时一随机时隙数后，重新发送
冲突检测方法 信号电平法
基于基带传输，两个帧信号叠加后，电压大一 倍
过零点检测法 用曼彻斯特编码时，零点在每个比特的正中央， 当有干扰时，则可能偏移
自收自发检测法 检测到冲突发送一个加强信号，通知已经冲突
介质访问控制方法CSMA/CD、 Token Bus与Token Ring的比较
三种不同的介质访问控制方法对应三种不同类型 的局域网： 采用带有冲突检测的载波侦听多路访问
CSMA/CD要点
在一帧传输完成后的时刻t0，想要发送的站点都可以尝 试发送
如果两个或多个站点同时发送冲突 判断冲突后，立即停止发送，并延时一个随机时隙后，
通常其中的一个站点将成功发送 随机延迟重发的第一步是发送“冲突加强干扰序列
（jamming sequence）信号”。冲突加强干扰序列信 号长度规定为48bit。 发送冲突加强干扰序列信号的目的是：确保有足够的冲 突持续时间，使网中所有主机都能检测出冲突存在，并 立即丢弃冲突帧，减少由于冲突浪费的时间，提高信道 利用率
二进制指数后退算法
发送方在检测到冲突后，双方都将延时一 段时间，所谓一段时间到底是多长？
冲突检测后，时间分成离散的时隙 时隙的长度等于信号在介质上往返的传播
时间（以太网中51.2us） 一般的，经过i次冲突后，发送站点需要
等待的时隙数将是0~2i-1中随机选择
改进现状
1、提高以太网的数据传输速率 2、将共享介质方式改为交换方式 3、将一个大型局域网划分成由路由器互联
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总线
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(a) 总线型局域网的物理结构
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总线 结点4
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(b) 总线型局域网的拓扑结构
令牌总线形局域网的特点
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总线
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结点1 令牌
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结点的物理结构
结点3
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(b) Token Bus局域网的逻辑结构
CSMA/CD形象比喻
很多人在一间黑屋子里举行讨论会，参加会议的人只能 听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有 等会场安静下来后，他才能发言。人们将发言前要侦听 以确定是否已有人在发言的动作称为“载波侦听”；将 在会场安静的情况下，每人都有平等的机会讲话称为 “多路访问”；如果在同一时刻有两人或两人以上同时 说话，大家都无法听清其中任一的发言，称为“冲突”， 发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突，这个动 作叫做“冲突检测”；如果发言人发现冲突已经发生， 这时他需要停止讲话，然后随机延时，再重复上述过程， 直至讲话成功。如果失败次数太多，他也许就放弃这次 发言机会
动态分配 讨论前假设： 节点模型假设：由N个独立的节点组成、每个节点
都可产生待发送的帧、在t时间内生成一帧的概 率为a t、一旦生成一帧，就等待发送，直到发 送成功 单信道假设：所有通信（包括发送和接收）都通 过单信道进行、所有的节点都在该信道上发送 或接收信息、所有节点都是平等的、任何时刻 只允许一个站点可以发送，并且任何站点都必 须通过竞争才能取得发送权
的小型局域网
以太网帧结构
前导码
目的地址 源地址 类型
数据
帧校验字段
8B
6B
6B
2B
（a）DIX帧结构
前导码 帧前定界符 目的地址 源地址 长度
46～1500B
4B
数据
帧校验字段
7B
1B
6B
6B
2B
46～1500B
4B
（b）802.3帧结构
前导码：由8B（64bit）1010...1010，实现收发 双方的帧同步，接收后不需要保留，也不计入 帧头的长度中
侦听假设：非载波侦听（所有节点在使用信道前，都不检 测当前信道是否正被使用，盲目发送）、载波侦听（所 有节点在使用信道前，都可检测到当前信道是否正被使 用，如信道忙，则等待）
多路访问协议CSMA
ALOHA 纯ALOHA中，站点一旦产生新帧则立即发送，
如果发送一个帧的时间是t，那么冲突危险区2t， 当负载轻，几乎无冲突 当负载重，冲突频繁 模型分析结论：吞吐率最大0.184 ALOHA：在一个时隙内只产生一个新帧，新帧不
目的地址和源地址：硬件地址，长度为48bit。 类型字段：以太网表示网络层使用的协议类型
数据字段：网络层发送的数据部分
帧校验字段:CRC
问题：为什么以太网最小帧长64字节，最 大帧长1518字节？
以太网采用CSMA/CD协议
为了确认发送帧是否正确到达终点，必须保 证可能的冲突信号返回时帧的发送尚未结 束，如在2t内没有冲突信号返回，则发送 成功，如果发送端在2t时间内发送帧已经 结束，则无法检测冲突，即最短帧长应与 2t时间相当
如果两个或多个准备发送的站都检测到信 道空闲而同时发送将产生冲突，CSMA并 不能完全解决冲突问题
CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问） CSMA/CD的概念模型： 帧传输周期
竞争周期（竞争时隙，一旦冲突，则放弃并随 机延时，一直竞争到某一节点抓到信道）什么 时候抓住这条线到，意味着其他节点都知道我 发送消息
CSMA/CD
0
4
8
12 16 20 24
发送数据速率
以太网
早期以太网使用的传输介质是同轴电缆， 造价比较高，并且故障率高，1990年， 10base-T的推出，使非屏蔽的双绞线作 为传输介质，组网造价降低，可靠性提高， 同年以太网交换机的出现，标志着交换式 以太网出现，1993年研发出全双工以太 网，带宽增加1倍，使得以太网脱颖而出
4.2 介质访问控制子层
1、信道分配问题 2、多路访问协议CSMA 3、以太网
1、信道分配问题
静态分配：频分多路复用、时分多路复用 静态分配的问题：延迟时间长和信道利用率低 根据排队论来分析平均延时时间T 结论：频段分成N段，平均延时增加N倍
频段分成N段，当用户数小于N时，不产生 争用，但并非每个被分配的用户每时每刻都在 通信，所以，信道的利用率较低，且不能调整 时分多路复用与频分多路复用相似 静态分配问题：时延较长和通道利用率低下
空闲周期
竞争周期
到底什么时候我抓到这条信道呢，抓住了这条信道，意 味着其他节点都知道我在传输消息，别人不会打断我， 到底经多多久我知道自己拿到信道，
竞争周期，把时间分成时隙，如果听了一个时隙后，没 有发生冲突，意味着抓住了信道，时隙到底是多少？
A快到B节点，B节点检测还是空，接近B处造成冲突， 最长时间，A到B的来回时间t，时隙就是2t，一旦进入 竞争周期，分时隙，物理网络环境来决定2t时间
冲突假设：如两帧同时发送，则发生冲突、所有站点都能 检测到冲突、冲突的帧必须重发，除了冲突引起的差错 外，没有其他差错 （由于每个节点都必须通过竞争才 能取得发送权，所以冲突是不可避免的，但在某些共享 信道中采用特殊的机制来消除冲突 令牌网）
时间假设：时间连续（帧的发送可在任意时刻）、时间分 时隙（时间被分成时隙，帧在时隙的开始处发送）
令牌环局域网的特点
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(a) Token Ring局域网的物理结构
结点5
结点1
令牌
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结点3
(b) Token Ring局域网的拓扑构型
不同通信负荷下实际数据传输速率的比较
可 24
能
达 到 20
的
最 大
16
数
据 速
12
率
8
4
Token Ring Token Bus