六、 实验记录
1、 按下图所示的表格形式，记录实验过程中所观察到的各协议的相关数据。 2、根据实验记录绘制各协议的“信道负载——信道效率”和“信道负载——成 功概率”曲线。
CSMA(0 坚持) 信道负载% 信 道 成 功 运行 2000 比特时
设置 测 试 效 率 概 率 发送总 成 功
值值
%
5
帧数
算为相同的比特数）,
议协发出的总帧数和成功的帧数都
最多，产生这种现象的根本原因是
3、 在实验中，你观察到 CSMA/CD 协议时的冲突帧的形状与其他协议有什么不 同？试解释为什么会有这种不同？
三、 实验器材
PC 机 1 台，协议模拟程序
四、 实验原理
CSMA、CSMA/CD 协议是以 ALOHA 为基础发展起来的 MAC 访问控制协议。 CSMA 的基本思想： 对 ALOHA 系统发送时“不侦听信道”进行改进。要求站点发送前先监听信道， 若信道闲，可以启动传输，若信道忙，则必须等待，以避免冲突。等待时间由退 避算法决定。常用的退避算法有三种：非坚持（0 坚持）、1-坚持、P-坚持。 0 坚持 CSMA： ① 若信道闲，立即发送 ② 若信道忙，则不再监听信道，而是等待一个随机时间后再按①进行。 0 坚持 CSM 优点是降低了冲突概率，重负载时，吞吐率较高；缺点是轻负载 时，信道上有较多空闲时间，效率低。 1-坚持 CSMA： ① 若信道闲，立即发送 ② 若信道忙，则继续监听至信道闲，并立即发送。 1-坚持 CSMA 优点是轻负载时，能有效减少信道的空闲时间，提高传输效率； 缺点是发生再次冲突的可能性大，重负载时冲突严重，极限时吞吐量趋于 0。 P-坚持： ① 若信道闲，立即启动发送 ② 若信道忙，则一直监听直到信道闲，以概率 P 立即发送 ，以概率（1-P） 不发送，并等待一个随机时间后再按①进行。 P 值的选取不能太大。若 P 太大，使 np＞1，表示冲突后有多个站试图发送， 会重复冲突，故一般选 np ＜ 1。当然 p 也不能太小，若 p 太小，则站点延迟大。 对于负载未知的网络，p 值应适当选取，对于固定的 p 值，网络的性能会随站点 数量 n 而变化。
帧数
5
10
20
30
50
70
100
150
200
CSMA(0.5 坚持) 信道负载% 信 道 成 功 运行 2000 比特时
设置 测 试 效 率 概 率 发送总 成 功
值值
%
%
帧数
帧数
5
10
20
30
50
70
100
150
200
CSMA(1 坚持)
CSM/CD(1 坚持)
信道负载%
设置 测 试 值值
信道 效率
信道负载（%） （测试值）
七、 实验分析
1、对同一种协议，相同站点数，不同负载率时，发送帧的总数随负载率的增
大而
，成功概率随负载的增加而
，信道利用率随负
载的增大而
，但当负载增大到一定程度后，信道利用率将随负载增
大而
。
2、在测试的各协议中，在同种测试条件下（相同站点数，相同负载率、相同
帧类型等），
议协信道效率最高，在相同的运行时间内（折
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
成功概率（%）
信道负载（%） （测试值）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
五、 实验步骤
1、实验前准备 ① 安装并启动模拟程序：执行文件，直接复制到 PC 机里，然后启动。 ② 熟悉程序界面：运行程序，出现图中界面，说明如下：
控制
仿真运行 暂停 停止运行
参数配置 参数配置 颜色配置
协议： 节点数： 信道负载（%）：
帧类型： 坚持概率（%）：
慢
信道统计
运行时间： 空闲时间： 通信负载：
2、实验操作步骤 ① 配置： z 点击“参数配置”按钮，选择 协议：CSMA(1 坚持)，节点数：50，信 道负载：5%，帧类型：固定，坚持概率：100% z 点击“颜色配置”按钮，根据自己的喜好选择成功帧、冲突帧以及背景 颜色。也可不选，直接采用默认色。 z 用鼠标拖动“移动条”，将速度调整到一个合适的位置（通过观察中间运 行区来改变,为了节省时间，建议调到较快的速度）。 ② 运行：点击“仿真运行”按钮开始运行，并观察帧的运行和统计值。 ③ 记录：当运行稳定且在 “运行时间”为 2000 比特时，按“运行停止”，记 录表中所列各项参数（允许 2000～2050 比特范围） ④ 改变信道负载分别为 10%、20%、30%、50%、70%、100%、150%、200%，其 他配置保持不变。在上述每一个设置的信道负载时重复②③步。 ⑤ 在参数配置中分别改变协议为： CSMA(0.5 坚持)、CSMA(0 坚持)、CSMA/CD， 并对每一种协议按①～④步操作。
MAC 协议模拟实验
一、 实验目的
通过对 CSMA、CSMA/CD 协议的模拟测试，分析并比较这两个协议的性能。加 深对 CSMA、CSMA/CD 协议的理解。
二、 实验内容
a. 各协议的“信道负载——信道效率”测试 b. 各协议的“信道负载——成功概率”测试 c. 各协议运行相同时间时，发送帧数与成功帧数测试
P-坚持的优点是可根据不同的负载选取不同的 P 值，最大程度的提高信道利 用率和提高吞吐率；缺点是选取一个合适的 P 值是一件困难的事情。
CSMA/CD 的基本思想： 对 CSMA 再作改进。因为基本的 CSMA 与 ALOHA 和 Slotted ALOHA 相比，虽然 通过发送前侦听信道，能一定程度减少冲突的可能性，但仍然存在以下问题：即 站点一旦发送一帧，就必须将一帧发送完，即使冲突已经产生。而一旦发生冲突 后，继续发送的将是无用信号，会造成信道资源的浪费，同时降低网络的吞吐率。 因此，在 CSMA 的基础上，CSMA/CD 增加站点冲突检测的能力。站点不仅发 送数据前要先侦听信道，开始发送后还要一边发送数据，一边检测信道。一旦检 测到冲突，不必等一帧传完就立即停止受损帧的传输，尽早释放信道，避免资源 的浪费。同时，向总线上发一串阻塞信号（冲突码），通知各站冲突已发生，以 提高信道利用率。如果传输过程中检测到信道无冲突发生，则传输成功。 CSMA/CD 的优点是能及时检测到冲突，停止发送，减少冲突可能性，同时也 能提高信道利用率。
空闲率 （%）： 负载率（%）：
快
帧统计
发送总帧数： 成功总帧数： 成功总帧长：
发送成功概率（%）： 信道效率（%）：
界面说明： 参数配置域：参数配置按钮可配置协议，节点数等参数（右上部参数会显示） 颜色配置按钮可选择成功帧、冲突帧及背景颜色（中间的运行
区） 控制域：配置好参数后，选择仿真运行按钮开始运行，中间暂停按暂停，停 止按停止运行。 中间区域：帧运行观察区 速度控制域：通过移动中间的“移动条”控制帧发送的快慢 信道统计域：运行时间、空闲时间、通信负载在仿真运行中实时显示的是折 算的比特数。 负载率为动态值，运行稳定后趋近于设置的信道负载。 帧统计域：动态统计并显示帧的发送情况。 成功发送概率 = 成功总帧数/发送总帧数 信道效率 = 成功总帧数/运行时间（折算成比特）
%
成功 概率
%
运行 2000 比特时 信道负载%
发送总 成 功 设置 测 试
帧数
帧数 值
值
信道 效率
%
成功 概率
%
运行 2000 比特时
发送总 成 功
ຫໍສະໝຸດ Baidu帧数
帧数
5
5
10
10
20
20
30
30
50
50
70
70
100
100
150
150
200
200
信道效率（%）
75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5