《数据链路层之介质访问控制》课件

《数据链路层之介质访问控制》课程目标1了解数据链路层介质访问控制的概念和重要性2掌握常见的介质访问控制方法3分析不同MAC协议的优缺点4理解无线网络MAC协议的特殊挑战数据链路层概述数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧。它解决数据传输的物理层问题，例如噪声干扰、信号衰减等。介质访问控制主要解决多个节点共享同一通信介质时的访问问题。它确保多个节点能有效地竞争和共享信道资源。基本问题和挑战冲突问题多个节点同时发送数据，导致数据冲突，造成数据丢失。公平问题如何确保所有节点都有机会访问信道，避免个别节点占用过多的信道资源。效率问题如何提高信道利用率，减少信道空闲时间，最大化数据传输效率。信道划分技术时分多址访问将时间划分为多个时隙，每个节点在分配的时隙内独占信道，避免冲突。频分多址访问将信道频谱划分为多个频段，每个节点分配一个频段，避免冲突。码分多址访问使用不同的编码方式来区分不同的节点，即使在同一时间使用同一频率，也能区分信号。时分多址访问1时隙分配将时间划分为多个时隙，每个节点分配一个时隙。2轮流访问每个节点在分配的时隙内独占信道，轮流访问。3简单高效实现简单，效率较高，但无法适应突发流量。频分多址访问1频段划分将信道频谱划分为多个频段，每个节点分配一个频段。2同时访问所有节点可以在同一时间使用各自的频段，不会产生冲突。3抗干扰性强抗干扰性强，但需要较高的硬件成本和带宽。码分多址访问1编码区分使用不同的编码方式来区分不同的节点，即使在同一时间使用同一频率，也能区分信号。2同时访问所有节点可以在同一时间使用同一频率，不会产生冲突。3高效率和安全性效率高，安全性高，但需要复杂的编码和解码技术。ALOHANET随机访问节点随机发送数据，不进行任何协调，可能会发生冲突。冲突检测如果发生冲突，节点会重新发送数据，直到成功为止。效率低效率较低，冲突率高，适用于低流量场景。CSMA监听信道节点在发送数据之前，先监听信道，如果信道空闲，则发送数据。等待信道空闲如果信道繁忙，则等待信道空闲，再发送数据。效率提升效率比ALOHA协议更高，但仍然存在冲突问题。CSMA/CD监听信道节点在发送数据之前，先监听信道，如果信道空闲，则发送数据。冲突检测如果发生冲突，节点会立即停止发送数据，并发送冲突信号。效率更高效率比CSMA协议更高，适用于有线网络。CSMA/CA监听信道节点在发送数据之前，先监听信道，如果信道空闲，则发送数据。冲突避免使用冲突避免机制，例如延迟发送，以降低冲突概率。效率更高效率比CSMA/CD协议更高，适用于无线网络。CSMA/DCR监听信道节点在发送数据之前，先监听信道，如果信道空闲，则发送数据。冲突检测如果发生冲突，节点会立即停止发送数据，并发送冲突信号。效率更高效率比CSMA/CD协议更高，适用于有线网络。令牌环网令牌传递使用一个特殊的帧，称为令牌，在环形网络中循环传递。获得授权拥有令牌的节点才有权发送数据，其他节点只能等待。公平访问确保所有节点都有机会访问信道，效率高，但网络延迟较大。令牌总线网令牌传递使用一个特殊的帧，称为令牌，在总线网络中循环传递。获得授权拥有令牌的节点才有权发送数据，其他节点只能等待。公平访问确保所有节点都有机会访问信道，效率高，但网络延迟较大。集中式控制MAC协议1中央控制器负责分配信道资源，控制节点访问信道。2节点访问节点需要向中央控制器请求访问信道，由控制器分配时间段。3效率高效率较高，但依赖中央控制器，容易造成单点故障。分布式控制MAC协议1节点自治每个节点都独立控制自己对信道的访问。2协商机制节点之间通过协商机制来解决冲突，避免集中控制。3灵活性强灵活性强，但实现复杂，容易出现冲突问题。隐蔽站问题隐蔽站节点A可以收到节点B的信号，但节点B无法收到节点A的信号。冲突发生节点A和节点C同时发送数据，导致冲突。解决方案需要考虑隐蔽站问题，采取相应的措施来降低冲突概率。暴露站问题暴露站节点A和节点B同时发送数据，节点B无法收到节点A的信号，但节点C可以收到。冲突避免节点B无法检测到冲突，但节点C会检测到冲突。解决方案需要考虑暴露站问题，采取相应的措施来降低冲突概率。捕获效应强信号节点A距离节点C更近，信号强度更大。弱信号节点B距离节点C更远，信号强度更弱。干扰问题节点C可能无法识别出节点B的信号，导致数据丢失。隐蔽站和暴露站的解决方案RTS/CTS机制节点在发送数据之前，先发送一个RTS帧，接收节点回复一个CTS帧，告知其他节点信道被占用。虚拟载波监听节点可以监听虚拟载波，即使没有直接连接，也能感知到其他节点的活动。空间复用使用多个信道来传输数据，减少信道冲突，提高效率。子载波竞争MAC1频率划分将信道频谱划分为多个子载波。2竞争访问节点可以在不同的子载波上竞争访问信道。3动态分配根据信道状况动态分配子载波资源。频道保留MAC1频道预留将信道的一部分用于预留，用于节点之间的通信。2时间同步节点需要进行时间同步，才能在预留的频道上进行通信。3减少冲突通过预留频道，减少了节点之间的冲突，提高了效率。能量检测MAC1能量监测节点通过监测信道能量来判断信道是否空闲。2动态访问根据信道能量变化，动态调整节点的访问策略。3适应性强适应性强，能够有效地应对无线环境中的干扰问题。时间同步MAC1时间同步所有节点都需要进行时间同步，才能在同一时间访问信道。2调度机制使用时间调度机制，分配节点的访问时间，避免冲突。3高效率效率高，但需要复杂的同步机制，成本较高。拓扑感知MAC1网络拓扑节点可以感知到网络的拓扑结构，了解其他节点的位置。2路径规划根据网络拓扑，规划数据传输路径，避免冲突。3效率提升效率更高，但需要复杂的拓扑信息收集和处理机制。应用举例无线路由器使用CSMA/CA协议，提供无线网络连接。蓝牙耳机使用蓝牙协议，提供无线音频连接。手机网络使用LTE/5G协议，提供高速无线数据连接。未来发展趋势认知无线网络节点可以动态感知环境，调整自己的参数，提高效率和适应性。软件定义网络通过软件来定义网络的功能和行为