《計算機網絡設計與安全技術》第5章

局域網協議仿真設計與實現1學習內容：（1）CSMA/CD協議的模擬實現；（2）CSMA/CA的模擬設計；（3）透明網橋。學習目標：（1）具備CSMA/CD協議的分析和模擬設計能力；（2）具備CSMA/CA協議的分析和模擬設計能力；（3）編程實現透明網橋的自學習算法，能夠構造轉發表。25.1CSMA/CD協議的模擬實現35.1.1

CSMA/CD協議的工作原理CSMA/CD方法用來解決多個結點共享公用總線的問題。在以太網中，任何結點都沒有可預約的發送時間，這種介質訪問控制屬于隨機爭用型方法。CSMA/CD協議的工作原理是:發送數據前，先偵聽信道是否空閑。若空閑，則立即發送數據。在發送數據時,邊發送邊繼續偵聽。若偵聽遇到沖突,則立即停止發送數據，等待一段隨機時間，再重新嘗試。可總結為：先聽后發，邊發邊聽，沖突停發，隨機延遲后重發。4Ethernet幀的發送流程5以太網幀的接收流程以太網幀的接收流程大致可以分為以下三個步驟：1）檢查是否發生沖突，若發生沖突，則丟棄該幀；若沒有沖突，進入下一步。2）檢查該幀的目的地址，看是否可以接收該幀，若可以接收，則進入下一步。3）檢查CRC檢驗和LLC數據長度。若都正確，接收該幀，否則丟棄。65.1.2以太網結點的數據發送程序設計（1）設計要求1）在一臺計算機上實現，用多個程序或線程來模擬多個計算機。2）總線可以使用一個共享數據區、共享內存或者文件來模擬。3）模擬實現載波監聽的過程。4）模擬實現發生沖突的過程和沖突的處理機制。（2）設計思路

可以采用多線程方法模擬多個結點發送。程序產生沖突主要取決于各線程能否交叉執行，具體又取決于CPU數、每一線程需要運行的時間等。對于沖突模擬，可以在程序中加入延時。75.2

CSMA/CA的模擬設計5.2.1CSMA/CA的工作原理802.11標準為數據幀定義了不同的信道使用優先級，使用三種不同的時間參數：短幀間隔SIFS、長幀間隔DIFS和點協同間隔PIFS。SIFS最短，使用它作為等待時延的結點將用最高的信道使用優先級來發送數據幀。網絡中的控制幀以及對所接收數據的確認幀都采用SIFS作為發送之前的等待時延。DIFS最長，所有的數據幀都采用DIFS作為等待時延。PIFS具有中等級別的優先級，主要作為AP定期向服務區內發送管理幀或探測幀所用的等待時延。8CSMA/CA協議的工作原理95.2.2CSMA/CA的模擬程序設計無爭用期的CSMA/CD動態退避仿真效果有爭用期的CSMA/CD動態退避仿真效果105.3

透明網橋

在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋工作在數據鏈路層，它根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能，當網橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個端口。

目前使用得最多的網橋是透明網橋。“透明”是指局域網上的站點并不知道所發送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。透明網橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE

802.1(D)或ISO8802.1d。115.3.1透明網橋的自學習算法（1）網橋收到一幀后先進行自學習。查找轉發表中與收到幀的源地址有無匹配的項目。如果沒有，就在轉發表中增加一個項目；如果有，則對原有的項目進行更新。（2）轉發幀。查找轉發表中與收到幀的源地址有無匹配的項目。如果沒有，則通過所有其他接口進行轉發；如果有，則按轉發表中給出的接口進行轉發。但應注意，若轉發表中給出的接口就是該幀進入網橋的接口，則應丟棄這個幀。

到達幀的路由選擇過程取決于發送的LAN（源LAN）和目的地所在的LAN（目的LAN）兩項，如下所示：①如果源LAN和目的LAN相同，則丟棄該幀。②如果源LAN和目的LAN不同，則轉發該幀。③如果目的LAN未知，則進行擴散。12【例5.1】

如圖5.5所示，6個站點通過透明網橋B1和B2連接到一個擴展的局域網上。初始時網橋B1和B2的轉發表都是空的。假設需要傳輸的幀序列如下：H2傳輸給H1；H5傳輸給H4；H3傳輸給H5；H1傳輸給H2；H6傳輸給H5。假設轉發表表項的格式為：[站點,端口]，請寫出這些幀傳輸完成后網橋B1和B2的轉發表。13解析：在傳輸完成這些幀后，網橋B1和B2的轉發表如表5.1所示。表5.1

網橋B1和B2中的轉發表網橋B1中的轉發表網橋B2中的轉發表站點端口站點端口H21H21H52H52H32H31H11H62145.3.2

透明網橋自學習算法的C語言實現5.3.3

透明網橋自學習算法的C#語言實現15轉發表生成的總體流程16轉發表生成程序的運行效果本章小結

本章給出了4個仿真設計案例：針對以太網的工作原理，采用C語言進行仿真設計。針對無線網絡的工作原理，采用Matlab仿真進行算法分析和效果測試，給出了關鍵代碼和仿真結果。在透明網