介质（媒体）访问控制子层.doc

第四章 介质（媒体）访问控制子层 这是广播网的数据链路层上特有的一个子层，用于解决共享信道的分配问题。广播信道有时也称为多重访问信道（multiaccess channel）或随机访问信道（random access channel），信道也称为介质或媒体（medium），使用信道发送数据称为介质（媒体）访问，所以决定信道分配的协议就称为介质（媒体）访问控制协议。 由于大多数的局域网都使用多重访问信道作为通信的基础，而广域网大多采用点-点线路（卫星网络除外），因此本章还将讨论局域网的相关技术。 信道分配策略 静态分配：如FDM和同步TDM，这是一种固定分配信道的方式，适用于用户数少且数量固定、每个用户通信量较大的情况。由于每个节点被分配了固定的资源（频带，时隙），因而不会有冲突发生。 动态分配：如异步TDM，这是一种按需分配信道的方式，适用于用户数多且数量可变、突发通信的情况。 竞争方式：各个用户竞争使用信道，不需要取得发送权就可以发送数据，这种方式会产生冲突。 无冲突方式：每个用户必须先获得发送权，然后才能发送数据，这种方式不会产生冲突，如预约或轮转方式。 有限竞争方式：以上两种方式的折衷。 多重访问协议 (1) ALOHA 纯ALOHA 任何用户有数据发送就可以发送，每个用户通过监听信道来判断是否发生了冲突，一旦发现有冲突则随机等待一段时间，然后再重新发送。 假设：所有帧的长度都相同，且每个帧一产生出来后就立即发送。 帧时（frame time）：发送一个标准长度的帧所需的时间； N：每帧时内系统中产生的新帧数目，一般应有0N1； G：每帧时内系统中产生的需要发送的总帧数（包括新帧和重发帧），这就是系统负载； P0：发送的帧不产生冲突的概率； S：系统吞吐量（每帧时内系统能够成功传输的帧数），S = GP0； 在纯ALOHA系统中，S = Ge-2G，当G = 0.5时，S达到最大值，为0.184。 时分ALOHA 将时间分成离散的时间片（slot），每个时间片用来传输一个帧，每个用户只能在一个时间片的开始传送帧，其它与纯ALOHA系统同。该系统要求全局时钟同步。 与纯ALOHA系统相比，由于每个帧的易损时间区缩小了，冲突的概率减小了，所以系统吞吐量也相应提高了。S = Ge-G，当G = 1时，S达到最大值，为0.368。 (2) 载波侦听多重访问（CSMA）协议 ALOHA系统吞吐量低的原因是，每个用户可以自由发送数据，而不管其他用户当前是否正在发送。要求每个用户在发送数据前先监听信道，仅当信道空闲时才允许发送数据，这样可以减少冲突的概率，从而提高系统的吞吐量，这一类协议就是CSMA协议。 1-坚持CSMA 站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则坚持监听直至发现信道空闲，一旦信道空闲立即发送数据，发现冲突后随机等待一段时间，然后重新开始监听信道。 该协议虽然在发送数据前先监听信道，且在信道空闲后再发送数据，但仍有可能发生冲突。发生冲突的原因是：信号传播延迟不可忽略，1-坚持的策略，因而该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。 非坚持CSMA 站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则放弃监听，等待一个随机时间后再监听，若信道空闲则发送数据，出现冲突则随机等待一段时间，再重新监听信道。 非坚持CSMA的信道利用率高于1-坚持CSMA，但延迟特性要差一些。 p-坚持CSMA 该协议适用于时分信道。站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则等到下一个时间片再监听，若信道空闲则以概率p发送数据，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。如果下一个时间片信道仍然空闲，则仍以概率p发送，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。此过程一直重复，直至发送成功或另一个用户开始发送（检测到信道忙）。若发生后一种情况，该站的动作与发生冲突时一样，即等待一个随机时间后重新开始。 p-坚持CSMA试图在1-坚持CSMA和非坚持CSMA间取得性能的折衷。影响协议性能的关键在于p的选择，p过小会无谓地增加延迟，p过大则性能接近1-坚持CSMA。 带有冲突检测的CSMA（CSMA/CD） 在以上CSMA协议中，如果站点在发送的过程中检测到冲突后立即停止冲突帧的发送，这就称为带有冲突检测的CSMA，即CSMA/CD，它可以节省时间和带宽。CSMA/CD是以太网采用的介质访问控制方法。 CSMA/CD改进其它CSMA协议的地方是，当发送节点检测到冲突后立即停止发送，并进入冲突解决过程。也就是说，仅当检测到冲突时仍未结束发送，才能节省时间和带宽。节点从开始发送至检测到冲突，所需的最长时间等于信号在相距最远的两个节点之间的来回传输时间（2τ）。冲突的检测是通过将监听到的信号与发送出去的信号相比较而实现的，因此物理层上需要使用便于检