CSMACD模拟实验指导书Word文档下载推荐.docx
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先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。
性能指标：
信道利用率、吞吐量、介质利用率等
CSMACD的主要影响因素：
传播时延、工作站数等。
①CSMA/CD对站点个数不是很敏感，对实际的输入负载比较敏感。
②CSMA/CD对传播时延a比较敏感。
③CSMA/CD冲突不可避免。
④CSMA/CD的介质利用率随a的上升下降较快。
⑤CSMA/CD适合通信量不大，交互频繁的场合
⑥对于CSMA/CD帧越长，吞吐量越太，要求帧具有最小长度，当有许多短消息时，带宽浪费严重。
⑦CSMA/CD在轻负载时提供最短延迟，但对重负载敏感。
2.以太帧的发送流程
1）载波侦听过程。
结点在发送一个帧前，必须侦听总线是否空闲。
由于以太的数据采用曼彻斯特编码方式，所以可以通过判断总线电平是否跳变来确定总线是否空闲。
若总线空闲，就可启动发送，否则继续侦听。
2）冲突检测。
在数据发送过程中，可能会产生冲突。
所以在发送数据的过程中，也应该进行冲突检测，只要发现冲突就应该停止发送数据。
3）随机延迟后重发。
在检测到冲突、停止发送后，结点进行随机延迟后重发。
若重发16次后还没成功，则宣告发送失败，取消该帧的发送。
随机延迟的计算方法一般采用截止二进制指数后退算法。
该算法可表示为：
T=2*R*a。
其中T为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突窗口值，R为随机数，从0到2k－1中取值，k的取值为min（n,10），n为该帧已被发送的次数，图1为以太帧的发送流程。
3.以太帧的接收流程
帧接收流程大致可以分为以下三个步骤：
1）检查是否发生冲突，若发生冲突则丢弃该帧，若没有冲突，进入下一步。
2）
检查该帧的目的地址看是否可以接收该帧，若可以接收，则进入下一步。
3）检查CRC校验和LLC数据长度。
若都正确，接收该帧，否则丢弃。
图1以太网的发送过程
四、参考仿真程序
#include"
stdafx.h"
csmacd.h"
#include<
cstdio>
iostream>
cmath>
windows.h>
#ifdef_DEBUG
#definenew1DEBUG_NEW
#undefTHIS_FILEHIS_FILE[]=_FILE_;
#endif
//staticcharT
CWinThread*thread1,*thread2;
//定义变量
DWORDID1,ID2,Bus=0;
//初始化共享
UINTaThread（LPVOIDpParam）;
//线程a，代表主机a
UINTbThread（LPVOIDpParam）;
//线程b,代表主机b
usingnamespacestd;
int_tmain（intargc,TCHAR*argv[],TCHAR*envp[]）
{
intnRetCode=0;
if（!
AfxWinInit（:
:
GetModuleHandle（NULL）,NULL,:
GetCommandLine（）,0））
cout<
<
_T（"
Fata1Error:
MFCinitializationfailed"
）<
endl;
nRetCode=1;
}
else
thread1=AfxBeginThread（aThread,NULL）;
//启动线程a
ID1=thread1->
m_nThreadID;
//获取线程ID号
thread2=AfxBeginThread（bThread,NULL）;
//启动线程b
ID2=thread2->
getchar（）;
returnnRetCode;
UINTaThread（LPVOIDpParam）//线程a（主机a）
inti=0;
//发送成功次数
intCollisionCounter=0;
//冲突计数器初始值为16
doubleCollisionwindow=0.05;
//冲突窗口值取0.05
intrandNum=rand（）%3;
//随机数可用Srand函数改变随机函数的种子，改善随机性
Loop:
if（Bus==0）//总线空闲
{
Bus=Bus|ID1;
//模拟发包
Sleep（12）;
//单位是毫秒
if（Bus==ID1）//无冲突，由发送方负责检测
printf（"
%dSendSuccess\n\n"
ID1）;
//发送成功
Bus=0;
//内存清零
CollisionCounter=0;
//复原冲如计数器
Sleep（rand（）%10）;
//
i++;
主机a发送成功次数=%d\n\n"
i）;
if（i<
10）
gotoLoop;
//发送次数不够10次，开始下一次发送
%dSendCollision\n\n"
//发生冲突
CollisionCounter++;
//冲突计数器减1
if（CollisionCounter<
16）
Sleep（randNum*（int）pow（2.0,（CollisionCounter>
10）?
10:
CollisionCounter）*Collisionwindow）;
//
//下一次尝试发送
%ldSendFailure\n\n"
//重发次数超过16次，宣布发送失败
else//总线忙
//继续载波侦听
return0;
UINTbThread（LPVOIDpParam）//线程b
intj=0;
//冲突计数器初始值为16
doubleCollisionWindow=0.05;
//为争用期（51.2us），以时间为单位的冲突窗口
//随机数
if（Bus==0）//总线空闲
Sleep
（2）;
//可用随机函数模拟其他用户随机接入//④
Bus=Bus|ID2;
//模拟发包
Sleep（3）;
//⑤
if（Bus==ID2）//无冲突
printf（"
ID2）;
Bus=0;
//总线清零
CollisionCounter=0;
//复原冲突计数器
Sleep（rand（）%10）;
j++;
主机b发送成功次数=%d\n\n"
j）;
if（j!
=10）//不够10次开始下一次发送
gotoLoop;
}
CollisionCounter++;
16）//随机延迟重发，延迟算法用截止二进制指数后退算法
{Sleep（randNum*（int）pow（2.0,（CollisionCounter>
CollisionCounter）*CollisionWindow）;
gotoLoop;
{printf（"
%dSendFailure\n\n"
//继续装载波侦听
注：
程序在VC下编制、执行。
五、仿真说明及程序分析
1.设计中的重点及难点
1）模拟冲突的过程，在这个程序中不要使用任何线程同步机制，以保证各线程执行的随机性；
2）若程序中不能模拟出冲突，可以在某些地方加入延时；
3）程序产生冲突主要取决于各线程能否交叉执行，具体又取决于CPU数、每一线程需要运行的时间等；
2.程序流程
图2为主程序流程图。
图3为主程序中的线程流程图，其中线程A和线程B的线程相同。
图2主程序流程图
图3线程流程图
六、sleep函数分析
对照第四项中参考仿真程序，按sleep使用顺序先后依次讨论：
1 Sleep（12）：
线程a发送时延为12ms,改变sleep函数参数来观察不同时延对碰撞的影响，有：
时延（ms）
运行5次，每次出现冲突的次数
平均值
2
3
6
4.8
12
4
2.4
120
1200
理论上分析传播及发送时延越大，冲突越大，但实际运行结果不能反映。
随着时延参数数量级的增加，一次程序运行的时间也明显增加，符合实际。
但当时延达到几十秒时，显然不利于数据的高效传输。
2 Sleep（rand（）%10）：
确认一数据帧发送成功后随机等待一个不超过10ms的时间。
此处是模拟的帧间隙，即发送成功后等待一帧间隙继续准备发送下一帧。
考虑到CSMA/CD协议的帧间隙固定为9.6us，在改进后的程序（见附录）中此处改作Sleep（0.0096）。
3 Sleep（randNum*（int）pow（2.0,（CollisionCounter>
CollisionCounter）*Collisionwindow）：
检测到冲突、停止发送后，结点进行随机延迟后重发。
随机延迟采用截止二进制指数后退算法。
其中T为结点重新发送需要的后退延迟时间，Collisionwindow为冲突窗口值a，randNum为随机数R，从0到2k－1中取值，k的取值为min（n,10），CollisionCounter为该帧已被发送的次数n。
4 Sleep
（2）：
为避免a,b线程sleep设置完全一致（此时仿真结果为a,b交替发送，无冲突），b检测到总线空闲时，延时2ms进行发送。
可用随机函数模拟其他用户随机接入，即改为：
Sleep（rand（）%x），减少冲突的几率。
考虑到争用期为51.2ms，随机等待的时间不能超过这一上限值。
结果汇总如下：
随机等待的时间x（ms）
0~9
0~50
冲突次数均值（次）
10
可见，随机接入确实有助于减少冲突的几率。
5 Sleep（3）：
模拟从发包到监测到信道忙之间的时间，按照CSMA/CD协议，争用期和检测到信道忙有着充要关系，于是在改进的程序中此处与④的随机时间加起来和是一个时间51.2us。
七、协议的改进
1 增加窗口值
将0.05改为0.10，窗口值增大，冲突次数减少，所需时间也有所下降。
2 增加用户数
初始设置增加：
*thread3以及UINTcThread（LPVOIDpParam）；
应用进程增加：
UINTcThread（LPVOIDpParam）//线程c（同线程b）。
图4是运行后的结果截图。
3 改变发送策略
参考程序中的发送策略为“1坚持的CSMA”：
线路忙，继续侦听；
不忙时，立即发送；
能提高信道利用率，但带来更大可能的冲突。
改进后的程序采用“p坚持的CSMA”：
不忙时，根据p概率进行发送。
多次运行发现，冲突的平均次数明显下降。
4 改变侦听策略
参考程序中线路忙，继续侦听；
改进后的程序采用线路忙，等待一段时间，再侦听的侦听策略。
图4增加一个线程后运行结果
八、心得体会
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