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计算机网络：CH4 The MAC Sublayer

分类: 文章 • 2023-10-12 09:17:22

知识点

关注重点部分，非重点了解即可

  • 多种访问策略
    • sa:static allocation, da:dynamic allocation
    • FDM(sa)
    • TDM
      • STDM(sa)
        • PCM
      • ATDM(da)
        • Random access
          • ALOHA
            • pure ALOHA
            • slotted ALOHA
          • CSMA（protocol)
            • persistent CSMA
              • 1-persistent CSMA
              • p-persistent CSMA
            • nonpersistent CSMA
            • CSMA comparison
              • MAC评价指标：low load -> delay, high load->throughput
          • CSMA/CD（protocol)
            • 带错误检测的CSMA
            • jam signal
            • backoff(time)（1-persistent CSMA/CD)
              • 和nonpersistent CSMA的wait机制相似
        • Controlled access
          • Centralized control:Polling
          • Distributed control:Token Ring
    • WDM(sa)
    • Wireless LAN protocal
      • Hidden station problem
      • Exposed station problem
      • MACA
        • RTS
        • CTS
        • Collision：同时向一个receiver发送RTS
          • backoff (similar to CSMA/CD)
  • 访问策略脆弱期分析
    • 脆弱期/冲突期:若两个frame出现在同一个冲突期内就会发生冲突
      • ALOHA：
        • pure ALOHA:2*transmission time
        • slotted ALOHA:1*slot time（一般transmission time=slot time）
      • CSMA:1*propagation time
      • CSMA/CD:1*propagation time
        • 发现冲突需要的最长时间：2*propagation time
  • LAN Reference Model: IEEE 802 RM
    • 一种只考察Data Link Layer and Physical Layer的moder
    • Data Link Layer1: Logical Link Control (LLC)
      • Flow Control and Error Control
        • 这里的 Error Control不包括添加检错码、校验码。
      • 向Network Layer提供service
      • Inter-connecting LANs with bridge(网桥)
    • Data Link Layer2: Medium Access Control (MAC)
      • Framing
      • Error Check
      • 添加检错码（大多数），校验码，MAC address
      • MAC address识别
      • 进行访问控制
    • 不同的LAN一般MAC不同，但LLC相同
  • Ethernet（有线网络）
    • NIC
    • 只讨论10Mbps的Ethernet
    • 传统Ethernet: 物理层
      • 10base5
      • 10base2
      • 10baseT
        • hub
      • Manchester Encoding
    • 传统Ethernet: 数据链路层
      • Operations of Ethernet: 1-persistent CSMA/CD
      • Inter Frame Gap
      • half-duplex
      • Frame Structure
        • 不计算preamble
        • 限制：
          • Data+Pad最小46 bytes，最大1500bytes
          • 总frame大小最小46+18=64 bytes，最大1500+18=1518 bytes
        • MAC address and address format
    • Ethernet Performance: Channel efficiency=12BDeF\frac {1}{2BD \frac {e}{F}}其中，e是自然对数的底，F是frame length

易错点

CSMA

  • CSMA适用于Propagation time远远小于Transmission time（在卫星线路中这条适用显然不满足），适用于局域网广播式链路范围
  • CSMA的关键：监听
  • persistent CSMA的persistent在于：持续不间断（no wait）地考察线路是否空闲

例外：1-persistent CSMA/CD 不仅是持续不断地考察，还具有backoff time。先backoff time再持续考察

  • contention slot=contention period: 争用期，指sender从发送数据开始到接收到collision的时间。CSMA/CD的contention slot=2*propagation time

Wireless LAN protocols

  • LAN：只考虑广播
  • CSMA/CD 不适合 无线网络 。
    1. 载波监听会引发相关的Hidden station problem and Exposed station problem
    2. CD: frame发送期间检测到发生collision，sender停止发送，改为发送一个jam frame。但是在无线网络中，发出信号的强度远远大于接收信号强度，这样jam的receiver需要在一边发frame的同时接收jam才能停止发送。这个jam frame信号会被发送信号覆盖。
  • RTS CTS作用： 警告周围的hidden station不可发送数据，占用信道，exposed station与没问题的station可以发送数据。
  • 只考虑collision发生在receiver的情况
  • Hidden station: 可以接收到CTS，无法接收到RTS。当sender在发送信号时，Hidden station不允许向任何receiver发送信号。
    • Hidden station problem: Hidden station在sender的信号范围之外，在receiver的信号范围之内，无法监听sender的信号，导致Hidden station向receiver发送信号后，在receiver发生冲突。
  • Exposed station: 可以接收到RTS，无法接收到CTS。当sender在发送信号时，Hidden station可以向任何receiver发送信号。
    • Exposed station problem: Exposed station在sender的信号范围之内，在receiver的信号范围之外，它的信号发送不会导致sender发送的信号在receiver处发生collision。但由于Exposed station可以监听到sender的信号，它会为了避免collision而不发信号，导致信道空闲。

Hidden station problem and Exposed station problem can be solved by transmissions of RTS and CTS.

同时在sender和receiver的信号范围内或同时在sender和reciever的信号范围外的station没有问题。

Ethernet

  • 传统以太网frame structure: 最后1位 1:组播 0:单播 全1:广播
  • Interface board在NIC里
  • Inter Frame Gap: 节点在进行载波监听后，确认信道空闲，且空闲时间大于等于Inter Frame Gap，发送frame
  • 10M传统Ethernet的数据：
  • slot time
    • The first bit slot: 第一个slot time
      计算机网络：CH4 The MAC Sublayer
  • 最大不超过1518 bytes原因：网卡的buffer大小局限
  • 最小不小于64 bytes原因：保证frame足够大，transmission time > 2*propagation time，避免在collision回到sender之前又发送出去了一个frame。
    • 64 byte的transmission time=648/(1010^6)=51.2 us=2*propagation time

杂项

  • MAC一般用在广播式链路中
  • 基本认识：若脆弱期是[0,t][0,t]，则在该区间内，数据信号在整条线路上扩散，任何在此期间新加入的数据都会和原信号相互干扰。脆弱期结束后原数据信号消失，线路为空。
  • 光速：3∗108m/s3*10^8 m/s
  • 有效传输数据率——一种带宽信息：frame中的有效数据（去除头、尾等其它开销）与总传输时间的比值（总传输时间=一个data frame的发送时间+传输时间+一个ack的发送时间+传输时间+这期间内的其它时间开销，即一个周期的时间）
  • 信道利用率——一种比值：从第一个data frame开始发送，到第一个ack frame到达sender期间，实际发送的data frame个数和最多可以发送的data frame个数的比值（此时假定这样一个周期的时间=第一个data frame transmission time+propagation time+第一个ack frame propagation time）

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