引言

以太網技術是當代一種非常重要的局域網建網技術，其特點是簡單，靈活，易于實施，其他技術一直難以取代以太網所采用的訪問控制協議，即本文所要研究的CSMA 協議和ALOHA 協議.網絡仿真分析是通過配置網絡環境，分析網絡協議對網絡性能的影響.網絡在執行某一協議時，網絡節點鏈路等狀態對協議本身的反映，通過性能分析可以精確的預測網絡的性能.

文中主要運用OPNET 對純ALOHA 協議和1- 堅持型CSMA 協議建立網絡模型，目的是分析，評價此兩種網絡的性能，充分說明CSMA 協議相對于ALOHA 協議在網絡吞吐量和穩定程度上的優越性.

1 隨機多址接入協議

隨機多址協議又叫做有競爭的多址接入協議.網絡中的節點在網絡中的地位是等同的，各節點通過競爭獲得信道的使用權.

隨機多址接入協議又可細分為完全隨機多址接入協議（ALOHA 協議）和載波偵聽型多址接入協議.不論是那種隨機多址接入協議，主要關心兩個方面的問題：一個是穩態情況下系統的通過率和時延性能，另一個是系統的穩定性.

1.1 純ALOHA 協議

純ALOHA 協議是最基本的ALOHA 協議.只要有新的分組到達，就立即被發送并期望不與別的分組發生碰撞.一旦分組發生碰撞，則隨機退避一段時間后進行重傳.

如果從數據分組開始發送的時間起點到其傳輸結束的這段時間內，沒有其他數據分組發送，則該分組就不會和其他分組發生碰撞.在純ALOHA 協議中，只有在數據分組的易受破壞區間內沒有其他分組傳輸，則該分組才可以成功傳輸.計算ALOHA 協議的通過率（吞吐量）為：假定設系統有無窮個節點，假設重傳的時延足夠隨機，重傳分組和新到達分組合成的分組劉是到達率為G的Possion 分布過程.在單位時間內產生k 個分組的概率為：

1.2 載波偵聽型多址協議接入協議（CSMA）

CSMA 協議是從ALOHA 協議演變出的一種改進型協議，它采用了附加的硬件裝置，每個節點都能夠檢測偵聽到信道上有無分組在傳輸.如果一個節點有分組要傳輸，它首先檢測信道是否空閑，如果信道有其它分組在傳輸，則該節點可以等到信道空閑后再傳輸，這樣可以減少要發送的分組之間的碰撞，提高系統的利用率.

CSMA 協議可細分為幾種不同的實現形式：非堅持型CSMA,1 堅持型CSMA 和p- 堅持型CSMA.所謂1- 堅持型CSMA 是指當分組到達時，若信道空閑，則立即發送分組；若信道處于忙狀態，則該節點一直監測此信道狀態，直到檢測到信道空閑后，立即發送該分組.

2 對CSMA 和ALOHA 協議的比對與分析

2.1 在20 個節點下進行的CSMA 和ALOHA 協議的分析

理論上CSMA 協議在任何負載量得情況下都比ALOHA 協議要好.原理可知純ALOHA 協議下吞吐量S 與信道負載G 之間的關系為 :S = Ge.2G.

當G=0.5 時有最大值S=1/2e 約等于1.84.此時的信道負載的數值G 也在0.5 左右，這點說明了原理上的純ALOHA 協議的最大值點與仿真值相似，驗證了原理的正確性.

由原理上可得1- 堅持型CSMA 在忽略傳播時延的情況下信道吞吐率和信道負載之間的關系為 :S = G（1+G）e/ （G + e）.

經過計算當G=1 時，S 的值約為53%.由圖1 可知，仿真結果和理論結果相當的接近，由此可以說明原理的正確性.

2.2 在60 個節點下進行的CSMA 和ALOHA 協議的比對與分析

由圖2 看出由于節點數的增多，總線的業務量明顯增加.

在節點增多的情況下ALOHA 協議與CSMA 協議的最大吞吐量都沒有變.當在業務量較小時兩種情況的吞吐量都保持了上升的態勢，分別達到了最大的吞吐量，由于ALOHA 協議網絡中的節點不考慮當前信道是忙還是閑，一旦有分組到達就獨自決定將分組發送到信道，這種盲目的措施在業務量越來越大的情況下，吞吐量逐漸下降，在當G=4 時，吞吐量基本為零.

與此同時1- 堅持型CSMA 相比于ALOHA 協議，由于其具有載波偵聽的功能，如果一個節點要傳輸，它首先檢測到信道是否空閑，如果信道有其它分組在傳輸，則該節點一直檢測信道狀態，等信道空閑后再以概率為1 立即發送該分組.

信道業務量小時，兩種協議都保持一定的增長情況，但是隨著業務量的增加，由于ALOHA 協議沒有載波偵聽功能，信道內分組的碰撞較多，導致數據包的大量發送不成功，而CSMA 協議在發送時之前會觀察信道內是否有分組在發送，避免了分組之間的碰撞.這里從圖上可看出，業務量較大的情況下ALOHA 協議急速下降CSMA 協議吞吐量也有下降但相對比較緩和.由此可得，CSMA協議的穩定性要優于ALOHA 協議.

3 結論

隨著經濟社會的發展，計算機逐漸走進了千家萬戶，由此而來的導致了網絡負載的逐漸加大，人們日益關注網絡中的傳輸協議問題.利用仿真軟件可以有效的模擬網絡，節省人力物力，更好的為協議的分析和改進做工作.

在分析所得到的結果中能清楚的看出在信道不同的負載下CSMA 協議的吞吐量均比ALOHA 協議高，在信道負載不斷增加的情況下，ALOHA 協議的吞吐量比CSMA 協議下降的要快.由此可得，在以太網中常用的CSMA 協議性能優于ALOHA 協議.