时隙ALOHA协议的信道效率
04741计算机网络原理知识点整理-计算题
设信道上数据传输速率为4Kbps，数据帧长为240bit，信道的传播时延为20ms，采用停等协议，帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计。试求出信道的利用率。
解:
数据传输时延 = 240bit/4Kbps = 60ms
信道利用率 = 60ms / (60ms + 20ms*2) = 60%
5000*36/3600s / (1 / 125*10^-6s) = 0.00625次/时隙
有一个电缆长度为2Km的CSMA／CD局域网，数据传输速率为10Mbps，信号传播速度为光速的2／3，数据帧长度是512bit(包括32bit开销)，传输成功后的第一个时隙留给接收方，用于捕获信道并发送一个32bit的确认帧。假设没有冲突发生，试求出有效的数据传输速率(不包括开销)。(光速值为3×10^5Km/s)
有一个电缆长度为1Km的CSMA/CD局域网，数据传输速率为1Gbps，信号传播速度为2×10^5Km/s。试求出最小帧长度。
解:
信号传播时延 = 电缆长度/信号传播速度 = 1Km/(2*10^5Km/s) = 5*10^-6s
时隙时间 = 传播时延*2 = 5*10^-6s *２ = 10*10^-6s
101110110101/11001=11011011 ...110 > 余数不为0 说明传输过程中出错
假设使用调制解调器，并采用1位起始位、1位停止位、无校验位的异步传输模式，在1分钟内传输7200个汉字，调制解调器至少应达到的传输速率为多少？
(1+8+1)*2*7200/60 = 20*7200/60 = 144000/60 = 2400bps
数据传输时延=数据帧长/数据传输速率
基于ALOHA技术提高卫星信道利用率
通信技术• Communications Technology24 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】卫星通信 ALOHA 卫星信道 利用率1 引言利用静止卫星进行通信是微波中继通信的继承和发展，但与微波中继通信相比具有通信距离远，覆盖面积大；组网灵活，便于多址连接；频带宽，容量大；通信质量高，可靠性好；成本与通信距离无关，成本低等优点，利用静止卫星进行通信是卫星通信的主要形式。
基于ALOHA 技术提高卫星信道利用率文/张炎生 周珏在卫星通信系统中，卫星信道非常有限而珍贵，如何充分利用卫星信道一致是相关领域研究的课题。
ALOHA 技术作为卫星信道的随机占用技术，本文分析探讨ALOHA 技术的特点和应用方法，将大大地提高卫星信道的利用率而得到更加的重视和广泛使用。
摘 要由于静止卫星的成本、技术要求等多方面的因素，人们总在千方百计地寻求提高卫星利用率的方法。
如采用FDM 和TDM 多路复用技术，FDMA 、TDMA 、SDMA 和CDMA 多址连接技术，空间分割与极化隔离的频率再用技术以及预分配和按需分配的信道分配技术等。
ALOHA 技术是基于TDMA 和信道按需分配基础上的一种新的信道分配技术，它可使卫星信道得到充分地利用。
2 研究背景随着卫星通信的不断发展，数据传输和交换也在静止卫星通信中广泛应用。
与语音传输相比，利用卫星信道进行数据传输有如下特点：（1）数据发出的时间具有随机性和间断性。
当有数据传送时，数据率很高，可达到几千bps ，但传送数据的时间很短促，其余的很长时间是空闲的，没有数据传送。
峰值传送率与平均传送率的比值很大，高达几千，从而使信道的利用率很低。
（2）数据的业务种类多，系统中可能同时传输速率相差较大的不同数据。
（3）各类数据可以非实时传送。
为了提高卫星信道的利用率，可以把每组数据划分为多个分组后分开传输。
防碰撞算法
一防碰撞的基本算法ALOHA1. 纯-ALOHA(PureALOHA)法即标签只要有数据发送请求就立即发送出去，而不管无线信道中是否已有数据在传输。
它是无线网络中最早采用的多址技术，也是最为简单的一种方法。
在RFID系统中，这种方法仅适用于只读标签(Read only tag)。
ALOHA系统所采用的多址方式基于TDMA，是一种无规则的时分多址，或者叫随机多址。
用于实时性不高的场合基本思想很简单：当用户想要发送数据帧时，它就可以在任何时候发送。
有可能发生冲突。
冲突导致传输不成功。
得不到确认或者本身侦听到错误。
等待随机长时间重发。
通信量越大，碰撞的可能性也越大。
主要特点是各个标签发射时间不需要同步，是完全随机的，实现起来比较简单。
当标签不多时它可以很好的工作。
缺点就是数据帧发送过程中碰撞发生的概率很大。
经过分析，ALOHA法的最大吞吐率只有18.4％，80％以上的信道容量没有被利用。
对于较小的数据包量，无线信道的大部分时间没有被利用，而随着数据包量的增加，标签碰撞的概率又会明显增加。
2.时隙ALOHA法为了提高接入系统的吞吐量，可将时间划分为一段段等长的时隙，记为T0。
规定数据帧只能在时隙的开始才能发送出去。
如果一个时隙内只有一个站点到达，则该分组会传输成功；如果有多于一个的分组到达，将会发生碰撞。
和纯ALOHA一样，发生碰撞后，各标签仍是经过随机时延后分散重发的。
如果有许多标签处于阅读器的作用范围内，在最不利的情况下，经过多次搜索也可能没有发现序列号，因为没有唯一的标签能单独处于一个时隙之中而发送成功。
因此，需要准备足够大量的时隙，这样做法降低了防碰撞算法的性能。
二防碰撞的基本算法二进制碰撞算法1.树分叉算法ISO18000-6协议中使用的是一种二进制树形防碰撞算法，通过标签内随机产生0、1及内置计数器实现标签的防碰撞。
基本思想是：将处于碰撞的标签分成左右两个子集0和1，先查询子集0，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞则分裂，把1子集分成10和11两个子集，直到识别子集1中所有标签。
时隙ALOHA协议的信道效率
局域网的基本特点 – 高数据传输率（10 〜 1000 Mbps） – 短距离（0.1 〜 10 km） – 低出错率（10-8 〜 10-11） 局域网拓扑结构 – 星型结构 – 环型结构 – 总线型结构 – 树型结构 传输介质 – 双绞线 – 基带同轴电缆 – 光纤 – 无线
信道分配方法
有两种: 静态分配和动态分配。 • 静态分配 – 频分多路复用FDM（波分复用WDM） 原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的 通信量都较大的情况； 缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。 – 时分多路复用TDM 原理：每个用户拥有固定的信道传送时隙； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的 通信量都较大的情况； 缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。
假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产 生新帧， 平均每个帧时产生S 帧（0 < S < 1）；发生 冲突重传。 在2T内产生冲突的概率为1 - e-2G， 因此，在2T内重发的平均帧数为R = G (1 e-2G ) G = S + R = S + G (1 - e-2G ) ∴ S = G e-2G 帧当G =0.5时， Smax = 0.184。一般实际选 取S < 10％。
70年美国夏威夷大学提出。用于地面分组无线 电系统。 基本思想： 每个站可随时发送数据帧，然后监听信道看是 否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的 时间重发，直到重传成功为止。
纯ALOHA协议
设发送一帧所需时间为T（帧时），且帧长固 定。 一个帧发送成功的条件： 必须在该帧发送前后各一段时间T内（一共有 2T 的时间间隔）没有其它帧发送。
计算机网络原理 ALOHA
计算机网络原理ALOHAAloha协议或称Aloha技术、Aloha网，是世界上最早的无线电计算机通信网。
它是1968年美国夏威夷大学的一项研究计划的名字。
70年代初研制成功一种使用无线广播技术的分组交换计算机网络，也是最早最基本的无线数据通信协议。
取名Aloha，是夏威夷人表示致意的问候语，这项研究计划的目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。
Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。
1．ALOHA多址技术多址通信技术在现代通信中起着重要作用。
在卫星通信、计算机通信、移动通信等通信网络中，当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信时，就必须采用某种多址技术。
所谓多址技术是指允许两台或两台以上的发射机通过一个公共信道发送信号的技术。
按照信道资源的共享方式，多址技术通常又可分为三类：固定分配多址(FAMA-Fixed Assignment Multiple Access)、按需分配多址(DAMA-Demand Assignment Multiple Access)和随机多址(Random Multiple Access)。
FAMA又分为频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)。
FDMA 只适用于用户数比较少，通信业务量又比较稳定的网络。
DAMA根据用户的需要为其分配一定的信道容量，适用于通信业务量随时间变化，且这种变化又难以预测的情况，但实现DAMA 需要一个专用信道，供所有用户以固定分配或随机接入方式提出呼叫申请。
当网络由大量用户组成，而这些用户又只是间歇性地工作时，采用FDMA或DAMA效率便很低，故需要采用随机多址技术。
目前已得到广泛应用的随机多址技术有两类：扩频码分多址(SS／CDMA)和ALOHA多址。
2．回顾ALOHA网在60年代末期，随着数据业务的迅速增长，现有的电话网络已不能满足计算机联网的需要。
其基本原因在于，传统的电话网是多年前为连续话音通信设计的。
Computer Networking
Computer NetworkingLAN:局域网(local area network)，一种接入网[access network (link end systems to edge router)]，常被用于连接用户与边缘路由器。
Packet-switching:分组交换[分组交换网络有两种：数据报网络(datagram network)和虚电路网络(virtual circuit network)]将长报文(message)划分较小的分组(packet),通过分组交换机(packet switch)储存转发传输。
TDMA/FDMA/CDMA:时分多路复用、频分多路复用、码分多路复用。
Web caching: Web缓存。
Web缓存器(web cache)[Or Proxy server (代理服务器)，能代表起始服务器满足HTTP请求的网络实体]保存最近请求过的对象的拷贝，在用户请求时响应用户。
Router table:路由表。
Routing table:选路表，由每台路由器维护的一张RIP表。
SMTP:简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol),它使用TCP可靠传输服务从发送方邮件服务器向接受方邮件服务器发送邮件。
SAP & PDU:服务访问点和协议数据单元。
User agent:用户代理，用户与网络程序间的Proxy server:代理服务器，能代表起始服务器满足用户请求的网络实体。
CDN:内容分布网络(Content Distribution Network)，他提供了分发所储存的内容的另一种方法。
P2P:对等(peer to peer)，一种共享文件的方式。
Cut-Through Switching:直通交换[有别于储存转发，在缓冲队列为0时可以不用收全即可转发]。
DSL:(digital subscriber line) 数字用户线，一种宽带住宅接入类型，使用频分复用技术[HFC混合光纤同轴电缆]ISP:互联网服务提供商(Internet Service Provider),提供因特网的接入服务。
ALOHA[试题]
![ALOHA[试题]](https://img.taocdn.com/s3/m/4ecf7c64f342336c1eb91a37f111f18583d00caf.png)
Aloha百科名片1.000预约ALOHA1.000预约ALOHA展开0由来0英文缩写: Aloha 0中文译名: Aloha协议0分类: 运营与支撑0解释: Aloha协议或称Aloha技术、Aloha网，是世界上最早的无线电计算机通信网。
它是1968年美国夏威夷大学的一项研究计划的名字。
70年代初研制成功一种使用无线广播技术的分组交换计算机网络，也是最早最基本的无线数据通信协议。
取名Aloha，是夏威夷人表示致意的问候语，这项研究计划的目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。
Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。
0背景0第一个使用无线电广播来代替点到点连接线路作为通信设施的计算机系统是夏威夷大学的ALOHA系统。
0ALO HA系统模型0它始建于1971年，这个系统所采用的技术是地面无线电广播技术，采用的协议就是有名的ALOHA协议，叫做纯ALOHA(Pure ALOHA)。
以后，在此基础时隙ALO HA吞吐量0ALOHA协议的思想很简单，只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。
当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。
但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。
同样的道理，其他用户也是按照此过程工作。
如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。
0对于局域网LAN，反馈信息很快就可以得到；而对于卫星网，发送方要在270ms 后才能确认数据发送是否成功。
通过研究证明，纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18.4%（1/2e）。
0纯ALOHA协议的工作原理和特点0工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功，否则重发。
0重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止0优点：简单易行0缺点：极容易冲突0竞争系统：多个用户以某种可能导致冲突的方式共享公用信道的系统纯ALOHA协议性能分析0T0 帧的发送时延0吞吐量S 在帧的发送时间T0内成功发送的平均帧数0网络负载G 在T0内总共发送的平均帧数（包括发送成功的帧和因冲突未发送成功的帧）。
计算机网络名词解释
1.计算机网络可以向用户提供哪些功能答：数据传输：资源共享：分布处理功能2.简述分组交换的要点。
答：在分组交换网络中，采用存储转发方式工作，数据以短的分组形式传送。
如一个源站有一个长的报文要发送，该报文就会被分割成一系列的分组。
每个分组包含用户数据的一部分加上一些控制信息。
分组交换网的主要优点：①高效。
②灵活。
③迅速。
④可靠。
缺点：分组在节点转发时因排队而造成一定的延时;分组必须携带一些控制信息而产生额外开销;5.网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？答：(1)语法：数据与控制信息的结构或格式。
(2)语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作及执行何种响应。
(3)同步：事件实现顺序的详细说明。
6.客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？答：前者严格区分服务和被服务者，后者无此区别。
后者实际上是前者的双向应用。
7.衡量计算机网络有哪些常用的指标？答：速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返时间RTT，利用率。
8.协议与服务有何区别？有何联系？答：联系：协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。
协议和服务的概念的区分：1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
下面的协议对上面的服务用户是透明的。
2、协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。
但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层9.简要说明因特网的面向连接服务如何提供可靠的传输。
答：在面向连接方法中，在两个端点之间建立了一条数据通信信道（电路）。
这条信道提供了一条在网络上顺序发送报文分组的预定义路径，这个连接类似于语音电话。
发送方与接收方保持联系以协调会话和报文分组接收或失败的信号。
12.Interent网际协议有几层？答：TCP/IP参考模型：应用层，传输层，网际层，网络接口层。
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纯ALOHA协议
70年美国夏威夷大学提出。用于地面分组无线 电系统。
基本思想：
每个站可随时发送数据帧，然后监听信道看是 否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的 时间重发，直到重传成功为止。
设发送一帧所需时间为T（帧时），且帧长固 定。
一个帧发送成功的条件：
必须在该帧发送前后各一段时间T内（一共有 2T 的时间间隔）没有其它帧发送。
局域网概述 局域网产生的原因 – 80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离）， 共享资源； – 功能分布：分布式计算，分布式数据库。 定义 – 局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通
信网络。
局域网的三个属； – 在一个小区域内。
当G =1.0时， Smax = 0.368。 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概
率，信道利用率最高为36.8%。
2. 载波监听多路访问协议CSMA
CSMA（Carrier Sense Multiple Access Protocols）
是在ALOHA协议的基础上提出来。 主要区别：增加一个载波监听协议（发送前监
取S < 10％。
分隙ALOHA协议
72年Robert提出。 基本思想： 把信道时间划分成离散的时间隙，隙长为一个帧
所 需的发送时间。每个站点只能在时隙开始时才允
许发 送。其他过程与纯ALOHA协议相同。
时隙ALOHA协议的信道效率
冲突危险区是纯ALOHA的一半，所以 S = G e-G
“非坚持”：一旦监听到信道忙，就不再坚持听下去， 而是延迟一段随机时间后重新再监听。
原理:
优点：减少了冲突的概率； 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大；
局域网的基本特点 – 高数据传输率（10 〜 1000 Mbps） – 短距离（0.1 〜 10 km） – 低出错率（10-8 〜 10-11） 局域网拓扑结构 – 星型结构 – 环型结构 – 总线型结构 – 树型结构 传输介质 – 双绞线 – 基带同轴电缆 – 光纤 – 无线
通信量都较大的情况； 缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。
• 动态分配 – 信道分配模型的五个基本假设： »站点模型：每个站点是独立的，并以统计固
定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前， 站点被封锁； »单信道假设：所有的通信都是通过单一的信 道来完成的，各个站点都可以从信道上收发信 息； »冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠， 结果使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点 都能检测到冲突，冲突帧必须重发； »连续时间和时间分隙（确定何时发送）； »有载波监听和无载波监听（确定能否发送）。
纯ALOHA协议的信道效率
吞吐率S ：在帧时T内成功发送的平均帧数。 合理的S : 0≤S≤1 。
若S = 0，意味着信道上无成功数据帧传送； 若S = 1，意味着数据帧一个接一个传送，帧间
无空隙。
网络负载G ：在帧时T内总共发送的平均帧数
（包含发 送成功和未成功）。显然： G ≥S。 若G = S，意味着信道上数据帧不产生冲突。 在稳定状态下：
6.3.2 多路访问协议
定义：控制多个用户共用一条信道的协议。 1. ALOHA协议 70年代，Norman Abramson设计了
ALOHA协议。 目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于
任何无协 调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统； 分类：纯ALOHA协议和分隙ALOHA协议。
听）。站点在为发送帧而访问传输信道之前， 首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有 用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。 主要类型： 非坚持型CSMA（non-persistent CSMA） 1-坚持型CSMA（1-persistent CSMA） p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA）
Access Control），是数据链路层协议的一 部分。
信道分配方法
有两种: 静态分配和动态分配。 • 静态分配 – 频分多路复用FDM（波分复用WDM） 原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的
通信量都较大的情况； 缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。 – 时分多路复用TDM 原理：每个用户拥有固定的信道传送时隙； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的
6.3.1 信道分配问题
•计算机网络可以分成两类： – 使用点到点连接的网络— 广域网； – 使用广播信道（多路访问信道，随机访问信
道）的网络— 局域网。 多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这
样的系统称为竞争系统； 关键问题：如何解决对信道争用。
•解决信道争用的协议 称为介质访问控制协议MAC（Medium
1-坚持型CSMA（1-persistent CSMA）
“坚持”：在监听到信道忙时，仍坚持听下去， 一直监到信道空闲为止。
原理：
优点：减少了信道空闲时间； 缺点：增加了发生冲突的概率；
传播延迟的影响
传播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议 性能越差。
非坚持型CSMA（non-persistent CSMA）
G=S+R 其中， R为帧时T内重发的平均帧数；
假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产 生新帧，
平均每个帧时产生S 帧（0 < S < 1）；发生 冲突重传。
在2T内产生冲突的概率为1 - e-2G， 因此，在2T内重发的平均帧数为R = G (1 -
e-2G )
G = S + R = S + G (1 - e-2G ) ∴ S = G e-2G 帧当G =0.5时， Smax = 0.184。一般实际选