1.信道划分介质访问控制
介质访问控制(Medium Access Control,MAC) :多个节点共享同一个“总线型”广播信道时,可能发生“信号冲突”。
目的:应该怎么控制各节点对传输介质的访问,才能减少冲突,甚至避免冲突 。
1.1时分复用(TDM)
时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)—— 将时间分为等长的“TDM帧” ,每个“TDM帧”又分为等长的m个“时隙” ,将m个时隙分配给m对用户(节点)使用
TDM的缺点:
• "每个节点最多只能分配到信道总带宽的 1/m"
• 如果某节点暂不发送数据,会导致被分配 的“时隙”闲置,信道利用率低
如何解决? ->可统计每个节点对信道的使用需求,动态按需分配时隙(统计时分复用)
1.2统计时分复用(STDM)
统计时分复用(Statistic Time Division Multiplexing,STDM)——又称异步时分复用,
在TDM的基础上,动态按序分配时隙。
STDM的优点:
• 如果需要时,一个节点可以在一段时间内获得所有的信道带宽资源(如上图)
• 如果某节点暂不发送数据,可以不分配 “时隙” ,信道利用率更高
1.3频分复用(FDM)
多个节点共享同一个声音信道,若同时发送声音信号,会相互干扰
规律:两个声音信号的频率很接近,就很难 “分辨”出来
当:两个声音信号的频率区别很大
结论:如果两个信号频率区别很大,就很容易 “分辨”出来
频分复用(Frequency Division Mul9plexing,FDM)是将信道的总频带划分为多个子频带, 每个子频带作为一个子信道,每对用户使用一个子信道进行通信
FDM的优缺点:
• 优点:各节点可同时发送信号;充分利用了信道带宽(Hz)
• 缺点:FDM技术只能用于模拟信号的传输
1.4波分复用(WDM)
波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)——即光的频分复用
Tips:光信号的频带范围(带宽)非常大,因此很适合采用波分复用技 术,将一根光纤在逻辑上拆分为多个子信道
1.5码分复用(CDM)
1.5.1各节点用专属“码片序列”发送数据
1.5.2信号在传输过程中“叠加”
2.随机访问介质访问控制
2.1ALOHA协议
引入:等待ACK。
纯ALOHA协议:
时隙ALOHA协议:
时隙ALOHA避免了用户发送数据的随意性,降低了冲突概率,提高了信道的利用率
时隙 ALOHA 发生冲突时,发生冲突的各节点随机推迟若干个时隙
2.3CSMA协议
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)协议,即载波监听多路访问协议
CSMA协议在ALOHA协议基础上提出改进:在发送数据之前,先监听信道是否空闲, 只有信道空闲时,才会尝试发送。
特点:节点的网络适配器安装“载 波监听装置”
ALOHA协议——一群无礼匹夫的对话,有话就说,完全不管别人是不是在说话
CSMA协议——一群有礼貌的人的对话,说话前先听听别人是否在说话
2.3.1-坚持CSMA协议
优点:信道利用率高,信道一旦空闲,就可以被下一 个节点使用。
缺点:当多个节点都已准备好数据时,一旦信道空闲, 会有多个节点同时发送数据,冲突概率大。
2.3.2非坚持CSMA协议
优点:当多个节点都已准备好数据时,如果信道不空闲, 则各节点会随机推迟一段时间再尝试监听,从而使各节点 “错开”发送数据,降低冲突概率。
缺点:信道刚恢复空闲时,可能不会被立即利用,导致信 道利用率降低
2.3.3p-坚持CSMA协议
优点:属于CD1-坚持CSMA、非坚持 CSMA 的折中方案,降低冲突概率的同时,提升信道利用率
2.3CSMA/CD协议(重点)
原则:先听先发,边听边发,冲突停发,随机重发。
“争用期”是一段 固定大小的时间
CSMA/CD协议“最短帧长”限制:
2.4CSMA/CA(是难点不是重点)
CSMA/CD:适用于有线网络(如:以太网技术)
CSMA/CA:适用于无线网络
核心思想:发送过程中不用检测冲突,发送前想办法尽量避免冲突(但无法完全避免)
AP(Access Point)——接入点,也就 是你平时连接的无线WiFi热点
家用路由器 = 路由器 + 交换机 + AP
2.5轮询访问:令牌传递协议
基本过程如下:
- 当网络空闲时,令牌帧(由一组特殊的比特组合而成的帧)沿着环形总线在各站点间依次传递。
- 当环上的一个站点希望传送帧,必须等待令牌,一旦收到令牌后,便可启动发送帧(修改令牌帧中的一个标志位,并在令牌中附加自己需要传输的数据,将令牌变成一个数据帧。)
- 不管该帧是否是发给本站点的,所有站都进行转发。
- 目的站除转发帧外,应针对该帧维持一个副本,并通过在该帧的尾部设置“响应比特”来指示已收到此副本。
- 直到该帧回到它的源站点便不再转发,同时检验返回的帧来查看数据传输过程是否出错,若有错则重传
- 源站点传送完数据后,重新产生一个令牌,并传递给下一站点,以交出信道控制权。
特点
- 即不共享时间,也不共享空间,在随机介质访问控制的基础上,限定了有权力发送数据的结点只能有一个。
- 在令牌传递网络中,传输介质的物理拓扑不必是一个环,但是为了把介质访问的许可从一个设备传递到另一个设备,令牌在设备间的传递通路逻辑上必须是一个环。
- 轮询介质访问控制适合负载很高的广播信道。负载很高是指多个结点在同一时刻发送数据概率很大的信道,此时必须控制它的冲突概率。