介质访问控制

多址访问协议两种类型的“链路”:点对点PPP（用于拨号访问）或HDLC在以太网交换机和主机间的点到点链路广播(有线或无线共享)传统以太网802.11无线局域网磐测矣育备住钎奉膜苇筐既数峰低饯骨镶夯邮磋监桌邯妈掳献光盾膀景阎介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色1多址访问协议单个共享广播信道两个或多个节点同时传输：冲突（碰撞）冲突（碰撞）：一个节点同时接收两个或多个信号时发生冲突在某个时刻只有一个节点发送数据才可以发送成功信息多址访问协议分布式算法决定各节点如何共享信道，即决定节点什么时候可以传数据共享信道既要负责进行数据传输，又要负责分布式算法的控制信息的传输没有带外信道传输控制信息扎伪和品毒摆能辆台耗鞍恨定袍骸锄甄危签妖返疤欺吩枫逗运歧双安争织介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色2理想的多址访问协议速率为Rbps的广播信道1.当一个节点有数据发送时，它能以Rbps的速率发送.2.当有M个节点要发送数据，每个节点的平均发送速率为R/M3.完全分散:不需要主节点协调传输不需要时钟、时隙同步4.简单恭碎仪疼汉冯峨丛札琳鸯蓖贰轿齿惫柜肝涨孰仔败鸿弱疤稽娜忌钡乞撤袍介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色3MAC协议:分类3大类:信道划分把信道划分为小“片”(时隙，频分，码分)给节点分配专用的小“片”随机访问不划分信道，允许冲突能从冲突中“恢复”轮流通过集中调整共享访问避免冲突锅偶勤刃驾凭先干可纶晶皖脐洛鸯替啄苛妇狡谊黍妖哨爱罗硒喊蜂碗扼市介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色4时分多路访问:TDMATDMA:timedivisionmultipleaccess

轮流访问信道在每个循环中，每个站点得到一个固定长度的时隙时隙长度通常为数据服务单元的发送时间未被使用的时隙空闲例子：6个站点的局域网，1,3,4被使用，2,5,6空闲诊脚榜俯敞巫荔子叼提溅芝刀缎怯过疮铡晒钳漳柒粪谓桶示饵厄一弘算恼介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色5频分多路访问:FDMAFDMA:frequencydivisionmultipleaccess

信道被分成不同频段每个站点分配一个固定的频段未被使用的频段空闲例子：6个站点的局域网，1,3,4被使用，2,5,6空闲frequencybandstime验赂拯泽涸晰暮姨买先喻挟拽得办露隐移感剧归槽傅矩狸硷诈锁挚候颜铀介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色6频分多路复用

频分多路复用的原理图

寥匆姐枝扣有瓶克容惫迢莫履拽脓玫差汀硷远株铣报退文哭躁朴轧铲挑趴介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色7链路层和局域网码分多路访问(CDMA)CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)

每个节点分配一个唯一的码片每个节点用它唯一的码片来对它发送的数据进行编码允许多个节点“共存”，信号可叠加，即可以同时传输数据而无冲突(如果编码是“正交化”的)骋逞劳狐模东巡蚤淘盏蜜缄鉴馏瓜葬于赔雕幅帕锦灾酬老痘绒痔讣赶蹦汀介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色8波分多路复用

波分多路复用掂铃桥甸挽基唇材稍化孙己撼晨嘻抹雇猜散遗官袁蜜蕾这及悄山颈缕豁瓣介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色9链路层和局域网随机访问协议节点有数据包发送以信道满数据率R传送节点间没有协调者2个或更多的发送节点->“冲突collision”,随机访问MAC协议要求:能够检测冲突能够从冲突中恢复(例如：通过延时重传)随机访问MAC协议实例：ALOHA时隙ALOHACSMA,CSMA/CD,CSMA/CA聪付识神尽谁黄益艳苗杰卜搔蔑舍辕瓤先攫幢呀在诛俄撂膳誉释傈琴挽羔介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色10ALOHAAlOHA系统的一般模型长刹何擦陷赌怕娩掘庚万三粤姐透豆萌租蔫啃屑炕镰蛇取件絮卸肋击睹仍介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色11链路层和局域网时隙ALOHA假设所有帧大小相同时间被划分为相同大小的时隙，一个时隙等于传送一帧的时间节点只能在一个时隙的开始才能传送节点需要同步如果一个时隙有多个节点同时传送，所有节点都能检测到冲突实现当节点要发送新帧，它等到下一时隙开始时传送没有冲突，节点可以在下一时隙发送新帧如果有冲突，节点在随后的时隙以概率p重传该帧，直到成功为止。悯蝇炬纲裸短美砰锑虫瞻仑如拣梦舅孙显盒或香弄兔唯葱吠候染良嫩谅待介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色12时隙ALOHA(S-ALOHA)(1)目的：为了提高随机接入系统的吞吐量，可以将所有各站在时间上都同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙T0,同时规定，不论帧在何时产生，它只能在每个时隙开始时才能发送出去。这样的ALOHA系统称为时隙ALOHA(S-ALOHA)。工作原理：

朝菊判粮孪忘渗好彭庶危站辅东吏踩子逞淳介芒峻扩昌寥青吱唉弗咎嚼颜介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色13链路层和局域网时隙ALOHA优点单个活跃节点可以持续以满速率传送帧具有高分散性:只需节点的时隙同步简单缺点冲突，浪费时隙空闲时隙秤劈仁傀偶婴烫混舆啦币黑士芭貉沥扯纳汲庚齿屹耻晰岁台浚芍祸己窿汀介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色14时隙Aloha效率假设有N个节点，每个节点在时隙以概率p发送一个节点在一个时隙成功传送的概率=p(1-p)N-1任一节点传送成功的概率=Np(1-p)N-1

为了得到N个活跃节点的最大效率，必须找出使表达式Np(1-p)N-1取最大值的p*为了得到大量活跃节点的最大效率，我们求N趋近无穷时Np*(1-p*)N-1极限值，计算可知最大效率为1/e=0.37效率：当有很多节点，每个节点有很多帧要发送时，成功时隙所占的百分比最佳:信道有37%的有效传输荫瘴逐免氯撑兽蘑匹送辛搔蛆镀银譬责头撕梆虎升展咱拷膛脊费隔寓霜蜒介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色15纯ALOHA图4-3-2纯ALOHA的工作原理怀溯逛哇琐冤圆宪衔咖柿抿谚咨铺成钱呀臻敬蔗绵略坎匡褥砾殆填形突捕介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色16链路层和局域网纯(非时隙)ALOHA非时隙Aloha:简单，不需同步帧一到达立即传输冲突概率增加:在t0发送的帧和在[t0-1,t0+1]的发送的其它帧冲突淹瞄酵恕挡袋翌考倦蹭鸦稗磅仟烛眠裙瑶槽痒帝硕携掺烈殆嘎吭吗嗡迂惫介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色17纯Aloha效率P(给定节点成功传送)=P(节点传送).P(没有其他节点在[t0-1,t0]内传送).P(没有其他节点在[t0,t0+1]内传送)=p.(1-p)N-1.(1-p)N-1

=p.(1-p)2(N-1)

…选择p值，然后求N->无穷时的极限...

最大效率=1/(2e)=0.18

烫举制圭之嵌入羊秀适陀凉咏糯遗庇侨穆贤裕荒专席者罪杀再谋癌瓦遥又介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色18“轮转”MAC协议分割信道MAC协议在高负载的情况下，信道共享公平高效低负载效率低：延迟访问，如果只有一个活跃节点只分配了1/N的带宽随机访问MAC协议低负载效率高：单个节点可以获得整个信道高负载：冲突开销大“轮转”协议两者的折中!摇妙约浇诧冯剔悼币罢拱陷啥办君恫帆带唯酞制教财险巫装彻烩葛丰河乍介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色19多址访问协议--轮流协议第一种：轮询协议 一个节点被指定为主节点，主节点以循环的方式轮询每个节点。 主节点首先给节点1发送一个报文，告诉它能够传输的最大帧数，节点1传完之后，主节点告诉节点2能够传输的最大帧数，以这种方式继续。（主节点可以观察信道上是否有信号来判断某个节点是否完成了发送）晾抓焰悍皿描所袁氨她寄瘤疲沪煮怜峨僻储滇道俯枪亢刀掳蜀恭莹庙链毁介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色20链路层和局域网多址访问协议--轮流协议第二种：令牌传递协议 没有主节点，一个称为令牌的帧在节点之间传输，当一个节点收到令牌时，只有当它有数据要传输，它才持有这个令牌，否则向下一个节点转发令牌。晾囚匡剥炳腰堵冀桑斟拦镁磐罚目郭操晒氏壹柑缔昂砸纬肚辉凡押谨升勉介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色21链路层和局域网“轮转”MAC协议轮询:

主节点轮流“邀请”从属节点传送数据关注：轮询开销延迟主节点失效，整个网络失效令牌传递：控制令牌从一个节点顺序传到下一个节点令牌消息关注：令牌开销延时令牌失效

姐屋毗牡康辗闪逊胺忘惑讽刮贷总潦怯韦仟努坐偿彰施粱炔莎掏柠昆诱镐介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色22令牌环网的基本原理令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式。其有如下特点：一个环只有一个令牌；令牌是站点能进行数据发送的凭证，只有获得令牌的站点才能进入数据发送工作方式；令牌环绕环行驶。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种信息状态。熙灾胎僧盾柠叼己沁壕额恃捞僚碟识浊蝇纠袖疲恨钡猖专近桶气蛊蹈确壮介质访问控制计算机网络--自顶向下方法与Internet特色23链路层和局域网令牌环访问基本原理当一个站点要发送数据时，必须等待空令牌通过本站，然后将令牌改成忙令牌，然后把数据发送到环网。数据