ftp条件下csma-cd协议信道访问公平性研究

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1、FTP条件下CSMA/CD协议信道访问公平性研究摘要：在共享式局域网环境下，信道的惟一性与主机接入的随机性构成了一对矛盾，这必然导致从不同主机发送的数据帧在共享信道上发生碰撞，为了降低碰撞所引发冲突的机率，数据链路层采用了CSMA/CD协议，但是该协议能否保证信道分配的公平性是一个鲜有研究的课题。文章结合应用层FTP协议，在NS2仿真环境下搭建实验拓扑并仿真模拟，通过性能分析，证明CSMA/CD可以有效保障信道访问公平性并维持FTP性能。关键词：CSMA/CD；FTP；二进制指数退避；NS2分类号：TP393文献标志码

2、：A文章编号：1006-8228(2013)03-01-030引言CSMA/CD[1]的全称是带冲突检测的载波侦听多路访问协议，它以随机接入的方式动态划分信道，采用冲突检测的手段来提高总线利用率，在局域网中广泛使用。其总体策略可以概括为“先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发”。“先听后发，边听边发”指的是每一个站在发送数据前首先需要检测总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有则暂时不发送数据，以免冲突，如果没有则发送数据，并在发送的同时侦听信道；“冲突停发，随机重发”指的是如果在发送数据时检测到冲突则采用截断二进制指

3、数退避算法［2］等待一段随机时间后再次发送。为了使各站点公平合理地使用信道并兼顾灵活性，CSMA/CD中采用了二进制退避算法。如果信道空闲时，立即发送数据，否则退避一段随机时间再重新监听。该算法的主要机制是使重传需要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大，基本原理可以描述为：①确定基本退避时间，一般取征用期2y;②定义重传参数k，k=Min［重传次数，10］;③从整数集合［1，…，2k-l］中随机选择一个数记为r,重传所需时延2rY。文献［3,4］中指出该算法会导致一方连续发送数据，而另一方重传推迟的时间越来越长，在传送

4、大量数据时尤为明显，这种现象就称为“捕获效应”。CSMA/CD作为底层的数据链路层协议负责向高层提供服务，网络层、传输层等高层协议在享受服务的同时会加入自己的流量及拥塞控制机制，因此，位于不同层的各种协议在功能上相互叠加影响，这样一来，底层的问题可以被高层解决，高层的缺陷能通过底层弥补。所以，二进制指数退避算法能否产生“捕获效应“及是否影响系统性能，要结合传输层和应用层实例并在网络拓扑场景中进行性能分析方可得出结论，为了解决这个问题，本文借助NS2［5］，在仿真环境下搭建局域网拓扑，结合位于高层的TCP、FTP协议对C

5、SMA/CD进行性能分析比对。1实验拓扑及实验步骤实验由8台连接在共享链路的主机构成局域网拓扑如1所示，数据链路层采用802.3协议(其中包括CSMA/CD)，标号为0和2的FTP服务器分别向标号为5和7的主机提供服务，其余主机模拟与FTP服务无关节点。在真实网络环境下，服务无关节点对信道的检测侦听会消耗部分链路资源，对其余节点的正常通信会造成一定影响，在设计网络拓扑时有必要将其考虑在内，以便于模拟真实环境。实验分为三步：首先用OTCL[6]语言编写实验配置脚本，为了修改重用便利，将网络拓扑配置部分脚本采用模块化的方式

6、组织；然后编写性能分析脚本，关注FTP传输过程中TCP序列号的连续性和整体吞吐量的波动性；最后对采集的数据进行分析，判断FTP条件下CSMA/CD协议信道访问是否公平。2协议配置脚本#邯基础参数配置部分#林#setopt(tr)“out.tr”；#Trace文件名，其中记录模拟执行信息setopt(namtr)“lantest.nam”；#Nam动画演示文件名setopt(stop)5；#定义运行结束时间setopt(node)8；#定义局域网中的节点数setopt(qszie)100；#队列大小setopt(bw)1

7、0Mb；#局域网带宽setopt(delay)lms；#时延setopt(11)LL；#LL层协议(LogicLayer)setopt(ifq)Queue/DropTail；#队列类型setopt(mac)Mac/802_3；測AC巾贞格式setopt(chan)Channel；#信道类型setopt(tcp)TCP/Reno；#TCP版本setopt(sink)TCPSink；#TCP接收器setopt(app)FTP；#应用层协议林##定义结束过程#林林3性能分析脚本性能分析脚本采用AWK[7]语言编写，代码中的B

8、EGIN和END部分只在文件的开始和结束执行一遍，中间部分代码对输入文件的每一行分别执行。#拥统计局域网TCP吞吐量变化情况脚本#邯#输入文件为out.tr，输出文件为graph,txtawk‘BEGIN{#数据统计时间间隔为0.05interval=0.05；base=0；num=0;}“5.out“和“7.out”文件的作图结