【计算机网络】【第三章】数据链路层 笔记（2）介质访问控制

一、介质访问控制
介质访问控制——是解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。
介质访问控制子层（MAC）——用来决定广播信道中信道分配的协议 属于数据链路层的一个子层。
介质访问控制方法——信道划分介质访问控制（静态的）、随机访问介质访问控制（动态的）、轮询访问介质访问控制（动态的）。

1.信道划分介质访问控制:
(1)频分多路复用（FDM）
(2)时分多路复用（TDM），统计时分多路复用（STDM）
(3)波分多路复用（WDM）
(4)码分多路复用（CDM）
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2.随机访问介质访问控制   （广播信道的数据链路层（总线型 集线器 局域网）
——不采用集中控制方式解决发送信息的次序问题，所有用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道全部速率。
→在总线网中，当多个用户同时发送信息，就会产生帧的冲突 碰撞，导致所有冲突用户发送失败。
→为了解决随机接入的碰撞，每个用户需按一定的规则反复地重传它的帧，直到该帧无碰撞通过。
→这些规则就是随机访问介质访问控制协议。
——常用协议：ALONA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA
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(1)ALOHA协议:
——纯ALOHA协议：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。不进行任何检测就可以发。
→如果在一段时间内没有收到确认，该站点就认为传输过程中发生了冲突。
→发送站点需要等待一段时间后再发送数据，直到发送成功。

——时隙ALOHA协议：思想是用时钟来统一用户的数据发送。办法是将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。
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(2)CSMA协议（载波监听多路访问）
——CSMA是ALOHA的基础上提出的一种改进协议，一ALOHA的主要区别是，多了一个载波侦听装置。
——载波监听：任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送。（总线上并没有什么“载波”，载波监听就是用电子技术判断总线上有没有其他计算机发送数据。）
——多路访问：多个设备可以同时访问介质，一个设备发送的帧也可以被多个设备接收。

——CSMA协议的三种类型

→非坚持CSMA协议在监听到信道忙后就放弃监听，这样就减少了多个结点等待信道空闲后同时发送数据导致冲突的概率，但同时也增加了数据在网络中的平均延迟。其信道利用率的提高是以增加数据在网络中的延迟时间为代价的。
→P-坚持CSMA是前两者的折中方案。
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(3)CSMA/CD协议（载波监听多路访问/碰撞检测）
——是CSMA协议的改进方案，适用于总线型网络或半双工网络环境。
——CD碰撞检测：就是边发送边侦听，即适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站点是否也在发送数据。
——CSMA/CD的工作流程可概括为：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。
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传播时延对CSMA/CD的影响：
站A发送帧后至多经过时间2τ就可知道所发送的帧是否遭到了碰撞（σ=0时）。

——争用期（碰撞窗口/冲突窗口）：以太网端到端的往返时间2τ称为争用期。
——每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇冲突的可能性，只有经过争用期这段时间还没有检测到冲突，才能确定这次发送不会发生冲突。
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如何边听边发、冲突停发？如何确保发送站在发送数据的同时能检测到可能存在的冲突？:
——
需要在发送完帧之前，就能收到自己发送出去的数据。
也就是→帧的发送时延(传输时延)至少要两倍于信号在总线中的传播时延。
所以CSMA/CD总线网中的所有数据帧必须要大于一个最小帧长。
最小帧长=总线传播时延*数据传输速率*2
——
任何站点收到的帧，如果小于最小帧长，就把他当做无效帧丢弃。
否则说明成功抢占信道。
不满最小帧长的帧，则作填充处理，保证帧的长度大于最小帧长。
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如何随机重发？
——使用二进制指数退避算法（动态退避）
①确定基本退避时间，一般是二倍的 总线端到端传播时延 2τ，即争用期。
②定义变量参数k，k=重传次数，但k≤10，当重传次数大于10次时，k只取10。
③在离散整数集合[0,1……，2^(k-1)]中，随机取出一个数r，重传所需要的退避时间就是r倍的基本退避时间，即2 · r · τ
④当重传16次仍不成功时，说明网络过于拥挤，则放弃发送向高层报告出错。
——二进制指数退避算法可使重传要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大，因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。

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以太网最短帧长：
以太网的争用期长度为51.2μs，10M/s以太网，在争用期内可发送512bit（64字节）。
如果前64B没有发生冲突，那么后续的数据就不会发生冲突，已成功抢占信道。
换句话说，如果发生冲突，一定在前64B，由于一旦检测到冲突就立即停止发送，这时发送出去的数据一定小于64B，属于无效帧。

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(4)CSMA/CA协议



3.轮换访问介质访问控制：令牌传递协议
用户不能随机发送信息，而是通过一个集中控制的监控站，以循环的方式轮询每个结点，再决定信道的分配。