1、數據通信與計算機網絡電信學院信通系 洪偉第第 4 章章 局域網局域網4.1 局域網概述局域網概述4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法4.2.3 以太網的信道利用率以太網的信道利用率4.3 以太網的以太網的 MAC 層層4.3.1 MAC 層的硬件地址層的硬件地址4.3.2 兩種不同的兩種不同的 MAC 幀格式幀格式第第 4 章章 局域網局域網4.4 擴展的局域網擴展的局域網4.4.1 在物理層擴展局域網在物理層擴展局域網4.4.2 在數據鏈路層擴展局域網在數據鏈路層擴展局域網4.5 虛擬局域網虛擬局域網 4

2、.5.1 虛擬局域網的概念虛擬局域網的概念 4.5.2 虛擬局域網使用的以太網幀格式虛擬局域網使用的以太網幀格式第第 4 章章 局域網局域網4.6 高速以太網高速以太網4.6.1 100BASE-T 以太網以太網4.6.2 吉比特以太網吉比特以太網4.6.3 10 吉比特以太網吉比特以太網 4.7 其他種類的高速局域網其他種類的高速局域網4.7.1 100VG-AnyLAN 局域網局域網4.7.2 光纖分布式數據接口光纖分布式數據接口 FDDI4.7.3 高性能并行接口高性能并行接口 HIPPI4.7.4 光纖通道光纖通道 4.8 無線局域網無線局域網 4.8.1 無線局域網的組成無線局域網的

3、組成4.8.2 802.11 標準中的物理層標準中的物理層4.8.3 802.11 標準中的標準中的 MAC 層層第第 4 章章 局域網局域網4.1 局域網概述局域網概述n局域網最主要的特點是：網絡為一個單局域網最主要的特點是：網絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數目均有位所擁有，且地理范圍和站點數目均有限。限。 n局域網具有如下的一些主要優點：局域網具有如下的一些主要優點：n能方便地共享昂貴的外部設備、主機以能方便地共享昂貴的外部設備、主機以及軟件、數據。從一個站點可訪問全網。及軟件、數據。從一個站點可訪問全網。n便于系統的擴展和逐漸地演變，各設備便于系統的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可

4、靈活調整和改變。的位置可靈活調整和改變。n提高了系統的可靠性、可用性和殘存性。提高了系統的可靠性、可用性和殘存性。局域網的拓撲局域網的拓撲 匹配電阻集線器干線耦合器總線網星形網樹形網 環形網第第 4 章章 局域網局域網4.1 局域網概述局域網概述媒體共享技術媒體共享技術靜態劃分信道靜態劃分信道頻分復用頻分復用時分復用時分復用波分復用波分復用碼分復用碼分復用 動態媒體接入控制多點接入）動態媒體接入控制多點接入）隨機接入隨機接入受控接入受控接入 ，如多點線路探詢，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。，或輪詢。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n1. 兩個

5、標準 nDIX Ethernet V2 是世界上第一個局域網產品以太網的規約。nIEEE 的 802.3 規范。nDIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網簡稱為“以太網”。n嚴格說來，“以太網應當是指符合 DIX Ethernet V2 標準的局域網 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n數據鏈路層的兩個子層數據鏈路層的兩個子層n為了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，為了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，802 委員會就將局域網的數據鏈路層拆成兩個子層：委員會就將局域網的

6、數據鏈路層拆成兩個子層：n邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層子層n媒體接入控制媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層子層。n與接入到傳輸媒體有關的內容都放在與接入到傳輸媒體有關的內容都放在 MAC子層，而子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協議的局子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協議的局域網對域網對 LLC 子層來說都是透明的子層來說都是透明的 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n局域網對局域網對 LLC 子層是透明的子層是透明的局 域 網網絡層物理層站點

7、1網絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數據鏈路層站點 2LLC 子層看不見下面的局域網4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n以后一般不考慮以后一般不考慮 LLC 子層子層n由于由于TCP/IP 體系經常使用的局域網是體系經常使用的局域網是 DIX Ethernet V2 而不是而不是 802.3 標準中的幾種局標準中的幾種局域網，因此現在域網，因此現在 802 委員會制定的邏輯鏈路委員會制定的邏輯鏈路控制子層控制子層 LLC即即 802.2 規范的作用已經規范的作用已經不大了。不大了。n很多廠商生產的網卡上就僅裝有很多廠商生產的網卡上

8、就僅裝有 MAC 協議而協議而沒有沒有 LLC 協議。協議。 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n2. 網卡的作用網卡的作用n網絡接口板又稱為通信適配器網絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網或網絡接口卡絡接口卡 NIC (Network Interface Card)，或或“網卡網卡”。 n網卡的重要功能：網卡的重要功能：n進行串行進行串行/并行轉換。并行轉換。n對數據進行緩存。對數據進行緩存。n需要在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。需要在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。n實現以太網協議。實現以太網協議。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1

9、 以太網的工作原理以太網的工作原理CPU高速緩存存儲器I/O 總線計算機至局域網網絡接口卡（網卡）串行通信并行通信4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n3. CSMA/CD 協議協議n最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。沒有有源器件。B向 D發送數據 C D A E匹配電阻用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只需 D 接受B 發送的數據4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以

10、太網的工作原理以太網的工作原理n以太網的廣播方式發送以太網的廣播方式發送n總線上的每一個工作的計算機都能檢測到總線上的每一個工作的計算機都能檢測到 B 發發送的數據信號。送的數據信號。 n由于只有計算機由于只有計算機 D 的地址與數據幀首部寫入的地址與數據幀首部寫入的地址一致，因此只有的地址一致，因此只有 D 才接收這個數據幀才接收這個數據幀。 n其他所有的計算機其他所有的計算機A, C 和和 E都檢測到不是都檢測到不是發送給它們的數據幀，因此就丟棄這個數據幀發送給它們的數據幀，因此就丟棄這個數據幀而不能夠收下來。而不能夠收下來。n具有廣播特性的總線上實現了一對一的通信。具有廣播特性的總線上實

11、現了一對一的通信。 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n為了通信的簡便以太網采取了兩種重要為了通信的簡便以太網采取了兩種重要的措施。的措施。n采用較為靈活的無連接的工作方式，即采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發送數據。不必先建立連接就可以直接發送數據。 n以太網對發送的數據幀不進行編號，也以太網對發送的數據幀不進行編號，也不要求對方發回確認。不要求對方發回確認。n這樣做的理由是局域網信道的質量很好這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的，因信道質量產生差錯的概率是很小的。 4.2 傳統以太網傳統以太網4

12、.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n以太網提供的服務以太網提供的服務n以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。努力的交付。n當目的站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，當目的站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。n如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數據幀來發送。一個新的數據幀來發送。 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的

13、工作原理以太網的工作原理n載波監聽多點接入載波監聽多點接入/碰撞檢測碰撞檢測CSMA/CDnCSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n“多點接入表示許多計算機以多點接入的方式連接多點接入表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。在一根總線上。n“載波監聽是指每一個站在發送數據之前先要檢測載波監聽是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。 n總線

14、上并沒有什么總線上并沒有什么“載波載波”。因此，。因此， “載波監聽就載波監聽就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發送的數是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發送的數據信號。據信號。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n“碰撞檢測就是計算機邊發送數據邊檢測信碰撞檢測就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小。道上的信號電壓大小。n當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的信號電壓擺動值將會增大互相疊加）。信號電壓擺動值將會增大互相疊加）。n當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的當一個站檢測到的信號電壓擺動值超

15、過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發送數據，表明產生了碰撞。發送數據，表明產生了碰撞。n所謂所謂“碰撞就是發生了沖突。因此碰撞就是發生了沖突。因此“碰撞檢碰撞檢測也稱為測也稱為“沖突檢測沖突檢測”。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n在發生碰撞時，總線上傳輸的信號產生在發生碰撞時，總線上傳輸的信號產生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。信息來。n每一個正在發送數據的站，一旦發現總每一個正在發送數據的站，一旦發現總線上出現了碰撞，就要立即停止發送，線上出現了碰撞，就

16、要立即停止發送，免得繼續浪費網絡資源，然后等待一段免得繼續浪費網絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發送。隨機時間后再次發送。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n電磁波在總線上的有限傳播速率的影響電磁波在總線上的有限傳播速率的影響n當某個站監聽到總線是空閑時，也可能總線并當某個站監聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。非真正是空閑的。 nA 向向 B 發出的信息，要經過一定的時間后才能發出的信息，要經過一定的時間后才能傳送到傳送到 B。nB 若在若在 A 發送的信息到達發送的信息到達 B 之前發送自己的之前發送自己的幀幀(因為這時因為這時 B 的載波

17、監聽檢測不到的載波監聽檢測不到 A 所發送所發送的信息的信息)，則必然要在某個時間和，則必然要在某個時間和 A 發送的幀發送的幀發生碰撞。發生碰撞。n碰撞的結果是兩個幀都變得無用。碰撞的結果是兩個幀都變得無用。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理1 kmABt碰撞t = 2 A 檢測到發生碰撞 t = B 發送數據B 檢測到發生碰撞 t = t = 0單程端到端傳播時延記為 1 kmABt碰撞t = B 檢測到信道空閑發送數據t = / 2發生碰撞t = 2 A 檢測到發生碰撞 t = B 發送數據B 檢測到發生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 檢

18、測到信道空閑發送數據ABt = 0t = B 檢測到發生碰撞停止發送STOPt = 2 A 檢測到發生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n重要特性重要特性n運用運用 CSMA/CD 協議的以太網不能進行協議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信全雙工通信而只能進行雙向交替通信半雙工通信）。半雙工通信）。n每個站在發送數據之后的一小段時間內，每個站在發送數據之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。存在著遭遇碰撞的可能性。 n這種發送的不確定性使整個以太網的平這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小于

19、以太網的最高數據率。均通信量遠小于以太網的最高數據率。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n4. 爭用期爭用期n最先發送數據幀的站，在發送數據幀后至多經最先發送數據幀的站，在發送數據幀后至多經過時間過時間 2 （兩倍的端到端往返時延就可知（兩倍的端到端往返時延就可知道發送的數據幀是否遭受了碰撞。道發送的數據幀是否遭受了碰撞。n以太網的端到端往返時延以太網的端到端往返時延 2 稱為爭用期，或稱為爭用期，或碰撞窗口。碰撞窗口。n經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。肯定這次發送不會發生碰撞。4.

20、2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n二進制指數類型退避算法二進制指數類型退避算法 (truncated binary exponential type)n發生碰撞的站在停止發送數據后，要推遲退避一發生碰撞的站在停止發送數據后，要推遲退避一個隨機時間才能再發送數據。個隨機時間才能再發送數據。n確定基本退避時間，一般是取為爭用期確定基本退避時間，一般是取為爭用期 2。n定義重傳次數定義重傳次數 k ，k 10，即，即n k = Min重傳次數重傳次數, 10n從整數集合從整數集合0,1, (2k 1)中隨機地取出一個數，中隨機地取出一個數，記為記為 r。重傳所需的

21、時延就是。重傳所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。倍的基本退避時間。n當重傳達當重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。報告。 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n爭用期的長度爭用期的長度n以太網取以太網取 51.2 s 為爭用期的長度。為爭用期的長度。n對于對于 10 Mb/s 以太網，在爭用期內可以太網，在爭用期內可發送發送512 bit，即，即 64 字節。字節。n以太網在發送數據時，若前以太網在發送數據時，若前 64 字節沒字節沒有發生沖突，則后續的數據就不會發生有發生沖突，則后續的數據就不會發生沖

22、突。沖突。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工作原理n最短有效幀長最短有效幀長n如果發生沖突，就一定是在發送的前如果發生沖突，就一定是在發送的前 64 字節字節之內。之內。 n由于一檢測到沖突就立即中止發送，這時已經由于一檢測到沖突就立即中止發送，這時已經發送出去的數據一定小于發送出去的數據一定小于 64 字節。字節。 n以太網規定了最短有效幀長為以太網規定了最短有效幀長為 64 字節，凡長字節，凡長度小于度小于 64 字節的幀都是由于沖突而異常中止字節的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。的無效幀。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.1 以太網的工作原理以太網的工

23、作原理n強化碰撞強化碰撞n當發送數據的站一旦發現發生了碰撞時當發送數據的站一旦發現發生了碰撞時，除了立即停止發送數據外，還要再繼，除了立即停止發送數據外，還要再繼續發送若干比特的人為干擾信號續發送若干比特的人為干擾信號(jamming signal)，以便讓所有用戶都，以便讓所有用戶都知道現在已經發生了碰撞。知道現在已經發生了碰撞。數據幀干擾信號 TJ人為干擾信號人為干擾信號 ABTBt B 發送數據A 檢測到沖突開始沖突信道占用時間A 發送數據B 也能夠檢測到沖突，并立即停止發送數據幀，接著就發送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出 A 發送干擾信號的情況。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.

24、2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 n傳統以太網可使用的傳輸媒體有四種：傳統以太網可使用的傳輸媒體有四種：n銅纜粗纜或細纜）銅纜粗纜或細纜）n銅線雙絞線）銅線雙絞線）n光纜光纜n這樣，以太網就有四種不同的物理層。這樣，以太網就有四種不同的物理層。 10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網媒體接入控制 MAC數據率數據率Mbps）基帶或寬帶基帶或寬帶段最大長度百米）段最大長度百米）10 Base 5銅纜或銅線連接到以太網銅纜或銅線連接到以太網的示意圖的示意圖 主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNC T 型接頭收發器電纜網卡插入式分接頭MAUMD

25、I保護外層外導體屏蔽層內導體收發器DB-15連接器BNC 連接器插口RJ-45插頭以太網的最大作用距離以太網的最大作用距離 250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m網段 1轉發器網段 2網段 3轉發器轉發器轉發器10BASE5n 分插頭：插入電纜分插頭：插入電纜n 收發器：發送收發器：發送/接納接納, 沖突檢測沖突檢測, 電氣隔離，超長控制電氣隔離，超長控制n AUI：連接件單元接口：連接件單元接口 n 轉發器轉發器/中繼器的作用：擴充信號傳輸距離。將信號放中繼器的作用：擴充信號傳輸距離。將信號放大并整形后再轉發，消除信號傳輸的大并整形后再轉發，消除信號傳輸的

26、 失真和衰減。是物失真和衰減。是物理層設備理層設備 粗纜vampire tapBNC端子端子收發器收發器AUI 電纜電纜NIC最大段長度最大段長度 500米米每段最多站點數每段最多站點數 100兩站點間最小距離兩站點間最小距離 2.5米米網絡最大跨度網絡最大跨度 2.8公里公里 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 n細纜以太網細纜以太網 10BASE2n用更便宜的直徑為用更便宜的直徑為 5 mm 的細同軸電纜的細同軸電纜(特性特性阻抗仍為阻抗仍為 50 W)，可代替粗同軸電纜。，可代替粗同軸電纜。 n將媒體連接單元將媒體連接單元 MAU 和媒體相關

27、接口和媒體相關接口 MDI都安裝在網卡上，取消了外部的都安裝在網卡上，取消了外部的 AUI電纜。電纜。 n細纜直接用標準細纜直接用標準 BNC T 型接頭連接到網卡上型接頭連接到網卡上的的 BNC 連接器的插口。連接器的插口。10BASE2v BNC T型接頭型接頭 v 無需插入電纜無需插入電纜v 用于辦公室用于辦公室LAN細纜細纜BNC 接頭接頭NIC段最大長度段最大長度 185m每段最多站點數每段最多站點數 30兩站點間最短距離兩站點間最短距離 0.5 m網絡最大跨度網絡最大跨度 925 m 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 n網卡的功能網卡

28、的功能n數據的封裝與解封數據的封裝與解封 發送時將上一層交發送時將上一層交下來的數據加上首部和尾部，成為以太下來的數據加上首部和尾部，成為以太網的幀。接收時將以太網的幀剝去首部網的幀。接收時將以太網的幀剝去首部和尾部，然后送交上一層。和尾部，然后送交上一層。 n鏈路管理鏈路管理 主要是主要是 CSMA/CD 協議的實協議的實現。現。 n編碼與譯碼編碼與譯碼 即曼徹斯特編碼與譯碼。即曼徹斯特編碼與譯碼。NRZ曼徹斯特曼徹斯特差分曼徹斯特差分曼徹斯特 (1同同0反反)逢逢“1變化變化NRZ逢逢“0變化變化NRZ 0 0 1 1 0 14.2 傳統以太網傳統以太網4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統

29、以太網的連接方法 n星形網星形網 10BASE-Tn不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發送和接收。兩對雙絞線，分別用于發送和接收。n在星形網的中心則增加了一種可靠性非常高的在星形網的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器設備，叫做集線器(hub)。 n集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。的硬件設備的可靠性已大大提高了。10BASETNICv Hub集線器相當于多端口轉發器集線器相當于多端口轉發器v 用于辦公室用于辦公室LANv 拓撲結構為星形，邏

30、輯上仍然是總線形拓撲結構為星形，邏輯上仍然是總線形 hub段最大長度段最大長度 100m4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 n以太網在局域網中的統治地位以太網在局域網中的統治地位n10BASE-T 的通信距離稍短，每個站到集線器的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過的距離不超過 100 m。n這種這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網的速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，既降低了成本，又提高了可靠性。出現，既降低了成本，又提高了可靠性。 n10BASE-T 雙絞線以太網的出現，是局域網發雙絞線以太網的出現，是局域網發展史上的一個非常重要的里

31、程碑，它為以太網展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。 4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 n集線器的一些特點集線器的一些特點n集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。樣運行。 n使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協議，并協議，并共享邏輯上的總

32、線。共享邏輯上的總線。 n集線器很像一個多端口的轉發器，工作在物理集線器很像一個多端口的轉發器，工作在物理層。層。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.2 傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 n具有三個端口的集線器具有三個端口的集線器集線器網卡工作站網卡工作站網卡工作站雙絞線4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.3 以太網的信道利用率以太網的信道利用率 我們假定：我們假定：總線上共有總線上共有 N 個站，每個站發送幀的概率個站，每個站發送幀的概率都是都是 p。爭用期長度為爭用期長度為 2，即端到端傳播時延的，即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發送干擾信號。兩倍。檢測到碰撞后不發送干擾信號

33、。幀長為幀長為 L (bit)，數據發送速率為，數據發送速率為 C (b/s)，因而幀的發送時間為因而幀的發送時間為 L/C = T0 (s)。4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.3 以太網的信道利用率以太網的信道利用率 一個幀從開始發送，經碰撞后再重傳數次，到發送成功一個幀從開始發送，經碰撞后再重傳數次，到發送成功且信道轉為空閑且信道轉為空閑(即再經過時間即再經過時間 使得信道上無信號使得信道上無信號在傳播在傳播)時為止，共需平均時間為時為止，共需平均時間為 Tav。發發 送送 成成 功功 爭用期爭用期 爭用期爭用期 爭用期爭用期 222T0t占用期占用期 爭用期的平均個數爭用期的平均個數

34、NR 發送一幀所需的平均時間發送一幀所需的平均時間 Tav4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.3 以太網的信道利用率以太網的信道利用率 前提：重載且負載為常數，即任一時刻總有前提：重載且負載為常數，即任一時刻總有N個站點要發送；重傳概個站點要發送；重傳概率也為常數；設一時隙內每個站點發送概率為率也為常數；設一時隙內每個站點發送概率為p 令令 A 為某個站發送成功的概率，那么為某個站發送成功的概率，那么 A = P某個站發送成功某個站發送成功 = Np(1 p)N 1 (4-1)顯然，某個站發送失敗的概率為顯然，某個站發送失敗的概率為 1 A。因此，。因此， P爭用期為爭用期為 j 個個 = P

35、發送發送 j 次失敗但下一次成功次失敗但下一次成功 = (1 A)jA (4-2)爭用期的平均個數等于幀重發的次數爭用期的平均個數等于幀重發的次數 :NR= = j j A(1-A) j -1 = 1/A (4-3)4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.3 以太網的信道利用率以太網的信道利用率 求出以太網的信道利用率它又稱為歸一化吞吐量為：求出以太網的信道利用率它又稱為歸一化吞吐量為：這里這里參數參數 a 是總線的單程傳播時延與幀的發送時延之比。是總線的單程傳播時延與幀的發送時延之比。 ) 12(1121000AaTNTTTSRav0Ta4.2 傳統以太網傳統以太網4.2.3 以太網的信道利用率以太網的信道利用率 若設法使若設法使 A 為最大，則可獲得最大的信道利用為最大，則可獲得最大的信道利用率。將率。將(4-4)式對式對 p 求極大值，得出當求極大值，得出當 p = 1/N 時可使時可使 A