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  • 点对点链路由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成,如点对点协议(PPP)和高级数据链路控制(HDLC)。广播链路能够让多个发送和接收结点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。 对于广播链路而...

    网络链路有两种类型:点对点链路广播链路点对点链路由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成,如点对点协议(PPP)和高级数据链路控制(HDLC)。广播链路能够让多个发送和接收结点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。

    对于广播链路而言,因为所有结点都能传输帧,所以多个结点同时传输帧时,传输的帧在所有的接收方处发生碰撞,导致没有一个接收结点能够有效地获得任何传输的帧。解决这个问题则需要多路访问协议,结点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为,从而协调多个发送和接收结点对一个共享广播信道的访问。

    多路访问协议分为3种类型:信道划分协议、随机接入协议、轮流协议。

    信道划分协议

    时分多路复用(TDM):TDM将时间划分为时间帧,并进一步划分每个时间帧为N个时隙,然后把每个时隙分配各N个结点中的一个,无论何时有结点在有分组要发送时,他在循环的TDM帧中指派给他的时隙内传输分组比特。

    TDM消除了碰撞个且非常公平:每个结点在每个帧时间内得到了专用的传输速率R/Nbps的平均速率,然而它有两个主要缺陷:首先,结点被限制于R/Nbps的平均速率,即使当它是唯一有分组要发送的结点时。其次,结点必须总是等待他在传输序列中的轮次 ,即使他是唯一一个有帧要发送的结点。

    频分多路复用(FDM):FDM将R bps信道划分为不同的频段(每个频道具有R/N带宽)并把每个频率分配给N个结点中的一个。

     FDM具有和TDM同样的优点和缺点:它避免了碰撞,在N个结点之间公平地划分了带宽。但是他也限制了一个结点只能使用R/N的带宽,即使当他是唯一一个有分组要发送的结点时。

    码分多址(CDMA):CDMA对每一个结点分配一种不同的编码,然后每个结点用它唯一的编码来对它发送的数据进行编码。如果精心选择这些编码,就能做到使不同的结点同时传输,并且他们各自相应的接收方仍能正确接收发送方编码的数据,而不在乎其他结点的干扰传输。

    随机接入协议

    在随机接入协议中,一个传输结点总是以信道的全部速率(即R bps)进行发送。当有碰撞时,涉及碰撞的每个结点反复地重发它的帧,到该帧无碰撞地通过为止。但是当一个结点经历一次碰撞时,他不必立刻重发该帧。相反,它在重发该帧前等待一个随机时延。涉及碰撞的每个结点独立地选择随机时延。

    比较常见的随机接入协议有:ALOH协议载波侦听多路访问协议(CSMA)

    时隙ALOHA

    p为概率,在每个结点中,时隙ALOHA的操作如下所示:

    其中,以概率p重传,是指某结点有效地投掷一个有偏倚的硬币,硬币正面时间对应着重传,而重传出现的概率为p。 硬币反面事件对应着“跳过这个时隙,在下个时隙再掷硬币”

    ALOHA

    时隙ALOHA协议要求所有的结点同步他们的传输,以在每个时隙开始时开始传输。而ALOHA协议是非时隙、完全分散的协议。在纯ALOHA中,当一帧首次到达,结点立刻将该帧完整的传输进广播信道。如果一个传输的帧在一个或多个传输经历了碰撞,这个结点将立即(在完全传输完它的碰撞帧后)以概率p传输该帧,或者以概率1-p在另一个帧时间等待。

    纯ALOHA协议的最大效率时隙ALOHA的一半。这就是完全分散的ALOHA协议所要付出的代价。

    载波侦听多路访问协议(CSMA)

    载波侦听:一个结点在传输前先听信道,如果来自另一个结点的帧正向信道上发送,结点则等待直到检测到一小段时间没有传输,然后开始传输

    具有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)

    碰撞检测:当一个传输结点在传输时一直在侦听此信道,如果它检测到另一个结点正在传输干扰帧,它就停止传输,在重复“侦听-当空闲时传输”循环之前等待一段随机时间。

    发生碰撞时使用二进制指数后退算法可使碰撞结点数量较少时,时间间隔较短,当碰撞结点数量较大时,时间间隔较长。二进制指数后退算法是指当传输一个给定帧时,在该帧经历了一连串的n次碰撞后,结点随机地从中选择一个K值。因此,一个帧经历的碰撞越多,K的时间间隔越大。

    CSMA/CD效率:当有大量结点,且每个结点有大量的帧要发送时,帧在信道中无碰撞地传输的那部分时间在长期运行时间中所占的份额。其中dprop表示信号能量在任意两个适配器之间传播所需的最大时间。dtrans表示传输一个最大长度的以太网帧的时间

    轮流协议

    多路访问协议的两个理想特性是:1.当只有一个结点活跃时,该结点具有R bps的吞吐量  2.当有M个结点活跃时,每个活跃结点的吞吐量接近R/M bps。ALOHA和CSMA只满足第一个特性。而轮流协议能够满足两个特性。轮流协议中比较重要的两个协议是轮询协议令牌传递协议

    轮询协议:要求这些结点之一要被指定为主结点。主结点以循环的方式轮询每个结点。特别是,主结点告诉每个结点能够传输的帧的最多数量。

    轮询协议消除了困扰随机接入协议的碰撞和空时隙,这使得轮询取得的效率高得多。但是他也有一些缺点,第一个缺点是引入了轮询时延,即同时一个结点“它可以传输”所需的时间(只有一个结点时使得速率小于R bps)。第二个缺点是如果主结点故障,整个信道都变得不可操作。

    令牌传递协议:一个称为令牌的小的特殊帧在结点之间以某种固定的次序传递。当一个结点收到令牌时,仅当它有一些帧要发送时,他才持有这个令牌。否则,他立即向下一个结点转发该令牌。

    令牌传递是分散的,并有很高的效率,但是他也有一些问题。如果一个结点故障,则会导致整个信道崩溃。或者如果一个结点偶然网际了释放令牌,则必须调用某些恢复步骤使令牌返回到循环中来。

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  • 传输数据使用的两种链路 点对点链路 两个相邻结点通过一个链路相连,没有第三者。应用ppp协议,常用于广域网 广播式链路 所有主机共享通信介质。...信道划分介质访问控制 多路复用技术:多路共享资源 ...

    传输数据使用的两种链路

    1. 点对点链路
      两个相邻结点通过一个链路相连,没有第三者。应用ppp协议,常用于广域网

    2. 广播式链路
      所有主机共享通信介质。常用语局域网。典型的拓扑结构有 总线型、星型(都是广播式的)。

    对于广播式链路,如果多台主机同时发送自己的信息,就可能导致冲突,互相干扰,为了解决这种问题提出了介质访问控制。

    介质访问控制

    内容:采取一定的措施,使得两对结点之间的通信不会发生互相干扰的情况
    在这里插入图片描述
    信道划分介质访问控制
    多路复用技术:多路共享资源
    在这里插入图片描述
    1、频分多路复用,每台主机占有一定频段,不会互相干扰
    在这里插入图片描述
    2、时分多路复用,每台主句占用一定时间的信道,多台主机交替运行,很类似于并发执行。而频分多路复用就很像并行执行。
    3、波分多路复用,就是光的频分多路复用,按照光的波长划分。

    动态划分信道

    以上是在广播中静态的为各主机分配信道,下面描述有哪些动态划分信道的方式

    ALOHA协议

    1、纯ALOHA协议:不监听信道,不按时间发送数据,随机重发(想发就发,不想发就不发)
    如何检测冲突?
    如果接收方检测到差错,就不给确认。接收方在一段时间收不到确认就会知道发生了冲突
    如何解决?
    超时后等待一段时间重传。
    2、时隙ALOHA协议
    划分时间片,不能想发就发,必须等到时间的开始才能发送数据(控制纯ALOHA协议)

    ALOHA协议特点:不听就说,很随意

    CSMA协议

    CSMA协议全称:载波监听多路访问协议
    CS:载波监听,每台主机在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据

    MA:多点接入,许多计算机以多点接入的方式连接在一条总线上。

    CSMA协议的思想:就是在发送帧之前,监听信道。

    监听结果如果是信道忙:就推迟发送
    接听结果如果是进到空闲就发送完整帧。
    到底是不是完整的发送这三种帧有三种方式
    1-坚持CSMA
    非坚持CSMA
    p-坚持CSMA
    在这里插入图片描述
    1-坚持CSMA思想:如果一个主机要发送消息,就肯定会先监听信道,信道空闲则直接传输,不必等待,信道忙则一直监听,直到有空闲则马上传输,如果有冲突就等待一个随机的时长在监听,重复以上步骤。

    非坚持CSMA思想:如果一个主机要发送消息,就肯定会先监听信道,信道空闲则直接传输,不必等待,信道忙则等待一个随机的时间在进行监听(没那么坚持)。

    p-坚持CSMA思想:如果一个主机要发送消息,就肯定会先监听信道,信道空闲则以p概率直接传输,不必等待;概率1-p则是等下一个时间槽在发送,总线忙则等待一个随机时间在监听信道,优点:既能像非坚持那样减少冲突,又能像1-坚持那样减少空闲时间**(最优算法)。

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  • 信道划分介质访问控制 传输数据的时候使用的两种链路 点对点式链路 两个相邻的节点通过一个链路相连,没有第三章 应用:PPP协议,冲用于广域网 广播式链路 所有主机共享传输介质 应用:早期的总线以太网、无线局域网...

    信道划分介质访问控制

    传输数据的时候使用的两种链路

    点对点式链路

    两个相邻的节点通过一个链路相连,没有第三章

    应用:PPP协议,冲用于广域网

    广播式链路

    所有主机共享传输介质

    应用:早期的总线以太网、无线局域网,常用于局域网

    典型的拓扑结构:总线型、星型(逻辑总线型)

    介质访问控制

    定义:采取一定的措施,使得两对节点之间的通信不会发生相互干扰的情况

    分类

    静态划分信道——信道划分介质访问控制

    定义:将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开来,将时域和频域资源合理地分配给网络上的设备

    多路复用技术:将多个信号组合在一条物理信道上进行传输,使得计算机或者终端设备共享信道资源,提高信道的利用率

    多路分用技术:将一条广播信道,逻辑上分成几条用于两个节点之间通信的互不干扰的子信道,实际上就是将广播式信道转换为点对点式的信道

    网络负载重的情况下,共享信道利用率高,且公平

    网络负载轻的情况下,共享信道利用率低

    频分多路复用FDM

    在这里插入图片描述

    用户在分配到一定的频带后,在通信的过程中自始至终都占据着这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间内占用不同的带宽(频率带宽)资源,类似于操作系统中的并行技术

    优点:

    1. 充分利用传输介质带宽,系统效率较高
    2. 由于技术比较成熟,实现也比较容易
    时分多路复用TDM

    在这里插入图片描述

    将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占据着固定序号的是时隙,所有用户轮流占据信道,类似于操作系统中的并发技术

    TDM帧:在物理层传输比特流所划分的帧,标志着一个周期

    TDM的改进——统计时分复用技术STDM

    每一个STDM帧中的时隙小于连接在集中器上的用户数。各个用户有了数据的时候就随时发送到集中器的输入缓存中font,然后集中器按照顺序依次扫描输入缓存,将缓存中的输入数据放入STDM帧中,一个STDM帧满了以后就发出。

    STDM帧不是固定分配时隙,而是按需动态分配时隙

    波分多路复用WDM

    定义:类似于频分多路复用,波分多路复用就是光的频分多路复用,在一根光纤中传输不同波长(频率)的光信号,由于波长(频率)不同,所以各路光信号互不干扰,最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来

    码分多路复用CDM

    CDMA是通过不同的码型在相同的频段内区分出不同的信号的

    在CDMA中,每一个比特时间在划分为m个段的间隔,称为码片,通常m=64或者m=128

    如何避免冲突:多个站点同时发送数据的时候,要求各个站点芯片序列相互正交

    如何合并:各路数据在信道中被线性相加

    如何分离:合并的数据和源站规格化内积

    码片序列规格化内积举例:

    S向量={-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1}

    T向量={-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1}

    将S向量和T向量的各个分量带入公式可以得到两个码片序列是正交的

    S ⋅ T = 1 m ∑ i = 1 m S i T i = 0 S·T=\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}S_iT_i=0 ST=m1i=1mSiTi=0

    任何一个码片向量和该码片向量自己的内积都是1

    任何一个码片向量和该码片反码向量自己的内积都是-1

    动态划分信道

    动态媒体接入控制/多点接入

    特点:信道并非在用户通信的时候固定分配给用户的

    轮询访问介质访问控制

    特点:既不产生冲突,又要占据全部带宽

    令牌传递协议

    在这里插入图片描述

    逻辑上是环形的网络,物理上是星型的结构

    TCU:传递数据帧的时候的一个转发的接口

    令牌:是一个特殊格式的MAC控制帧,不包含任何信息,可以控制信道的使用,确保同一时刻只有一个结点独占信道

    令牌环网无碰撞

    传递信息的过程:

    1. 在没有主机要传递信息的时候,令牌在各个主机之间来回传递
    2. 当主机要发送信息的时候,等待令牌传递到当前主机,修改令牌的标志位,使得令牌从空闲的状态变成忙碌的状态,然后再在令牌的控制帧后面加上数据,构成数据帧
    3. 发送数据帧
    4. 轮转的发送数据,当数据再次回到发送方的时候,先检查数据帧是否出错,如果数据帧出错,重新发送数据;如果没有问题,回收数据帧,不再对该令牌进行转发,修改标志位,然后再次传递令牌

    每个结点都可以在一定的时间限制内(令牌持有时间)获得发送数据的权利,并不是无限制的持有令牌

    问题:

    1. 令牌的开销
    2. 等待开销
    3. 单点故障:如果其中一个计算机故障,整个路可能就断了

    应用与令牌环网(物理星型拓扑,逻辑环形拓扑)

    令牌传送方式的网络常用于负载较重、通信量较大的网络中

    轮询协议

    主结点会轮流邀请从属结点发送数据

    问题:

    1. 存在轮询开销
    2. 等待延迟
    3. 单点故障:主结点故障后,从属结点无法发送信息
    随机访问介质访问控制

    特点:所有的用户可以随机发送信息发送的时候占据全部带宽

    网络负载重的情况下,会产生冲突开销

    网络负载轻的情况下,共享信道效率高,单个结点可以利用信道的全部带宽

    ALOHA协议
    1. 纯ALHOA协议

    在这里插入图片描述

    思想:不监听信道,不按照时间槽发送,随机重发——想发就发

    检测冲突:

    如果发生冲突,接收方就会检测出差错,然后不予确认,发送方在一定时间内收不到确认信息就判定发生冲突

    解决冲突:

    超时后等待一随机时间后重新发送

    1. 时隙ALOHA协议

    思想:将时间分为若干个相同的时间片,所有用户在时间片开始的时候同步接入网络信道,如果发生冲突,则必须等待下一个时间片开始的时刻再发送——控制了想发就发的随意性

    在这里插入图片描述

    注意

    1. 纯ALOHA协议要比时隙ALOHA的吞吐量更低,效率更低
    2. 纯ALOHA协议是想发就发,而时隙ALOHA协议只有在时间片段开始的时候才发送
    CSMA协议(载波监听多路访问协议)

    特点:先听再说

    CS:载波监听/侦听,每一个站点在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据

    检测的方式:当几个占同时在总线上发送数据的时候,总线上的信号电压摆动值将会增大,当一个站检测到信号电压摆动值超过一定的门限值的时候,就会认为总线上至少有两个站在同时发送数据,表明产生了碰撞,即发生了冲突

    MA:多点接入,表示计算机以多点接入的方式连接在一根总线上

    **协议思想:**发送帧之前,监听信道

    监听结果:

    1. 信道空闲:发送完整数据帧
    2. 信道忙:推迟发送

    发送帧的策略

    1. 坚持CSMA

      指的是对于监听信道忙之后的坚持

      思想:如果一个主机要发送消息,那么它先监听信道;如果信道空闲的话就直接传输,不必等待如果信道忙的话,一但等到信道空闲的话就立即传输如果有冲突,则等待一个随机长的时间再监听,重复上述过程

      优点:只要媒体空闲,站点就立马发送,避免了媒体利用率的损失

      缺点:如果有两个或者两个以上的站点有数据要发送,冲突就不可避免

    2. 非坚持CSMA

      对于监听信道忙之后就不再监听

      思想:如果一个主机要发送消息,那么它先监听信道;如果信道空闲的话就直接传输,不必等待如果信道忙的话,则等待一个随机时间后再进行监听

      优点:采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性

      缺点:可能会存在大家都存在延迟等待的过程中,使得媒体任可能处于空闲状态,媒体的使用率降低

    3. p-坚持CSMA

      指的是对于监听信道的空闲处理

      **思想:**如果一个主机要发送消息,那么它先监听信道;如果空闲的话则以p概率直接进行传输,不必等待;概率1-p等待到下一个时间槽再传输如果信道忙的话,则等待一个随机时间后再进行监听

      优点:即能够像非坚持算法那样减少冲突,又能像坚持算法那样减少媒体空闲时间的这种方案

      缺点:发生冲突之后还是要坚持将数据帧发生完,造成了浪费

    CSMA/CD协议——碰撞检测

    CS:载波监听/侦听,每一个站点在发送数据之前以及在发送数据的时候要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据

    检测的方式:当几个占同时在总线上发送数据的时候,总线上的信号电压摆动值将会增大,当一个站检测到信号电压摆动值超过一定的门限值的时候,就会认为总线上至少有两个站在同时发送数据,表明产生了碰撞,即发生了冲突

    如何发现信道是空闲的还是有主机正在传输数据?

    在站点的位置会检测有没有信号进来,如果有信号进入自己的站点,就说明有计算机在发送数据,此时就不能发送数据;如果暂时没有信号进入当前站点,认为当前信道是空闲的,可以发送数据

    MA:多点接入,表示计算机以多点接入的方式连接在一根总线上,总线型网络

    CD:碰撞检测(冲突检测),“边发送边监听”,适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况,判断自己在发送数据的时候其他站点是否也在发送数据

    特点:先听再说,边听边说:先监听信道,当监听到信道空闲的时候就发送数据,在发送数据的同时,也在检测着信道是否空闲,如果发生碰撞,它就停止发送数据,减少了数据的浪费

    为什么先听后发还是会产生冲突?

    是因为电磁波在总线上是以有限的速率传播的

    传播时延对载波监听的影响:

    在这里插入图片描述

    所以说,如果经过 2 τ 2\tau 2τ时间还没有检测到碰撞,我们就可以肯定这次发送一定没有发生碰撞

    如何确定碰撞后的重传时间?

    截断二进制指数规避算法

    1. 确定一个基本退避(推迟)时间争用期 2 τ 2\tau 2τ
    2. 定义参数k,它等于重传次数,但是k不超过10,即k=min[10,重传次数]
    3. 从离散的整数集合[0,1, 2 k − 1 2^k-1 2k1]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 2r\tau 2rτ
    4. 当重传达到16次仍不能够成功时,说明网络太过拥挤,此时认为帧永远无法正确发出,抛弃此帧,并向高层报告错误

    如果连续多次发生冲突,就表明可能有较多的站点参与争用信道。此时,使用此算法可以使得重传所需要的推迟的平均时间随重传次数的增大而增大,因而减少发生碰撞的概率,有助于整个系统的稳定

    最小帧长问题

    避免在检测到碰撞之前,数据已经发送完毕的问题

    帧 长 数 据 传 输 速 率 ≥ 2 ∗ 传 播 时 延 \frac{帧长}{数据传输速率}\ge 2*传播时延 2

    以太网规定的最短帧长为64B,凡是长度小于64B的都是由于冲突而异常终止的无效帧

    应用与有线网络,半双工网络

    CSMA/CA协议——碰撞避免

    应用于无线网络

    在无线网络中使用CA的原因,在无线局域网的空间很大,使用CD无法做到全面检测;其次就是因为隐蔽站的问题

    隐蔽站:当A和C都检测不到信号,认为信道空闲的时候,同时向终端B发送数据帧,就会导致冲突

    工作原理

    1. 在发送数据之前,先检测信道是否空闲
    2. 空闲的话则发出RTS,RTS包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息;信道忙则等待
    3. 接收端接收到RTS后会响应CTS
    4. 发送端收到CTS后,开始发送数据帧(同时预约信道;发送方告知其他站点自己要传多久的数据)
    5. 接收端收到数据帧后,将用CRC来检验数据是否正确,正确的话则响应ACK
    6. 发送方收到ACK以后就可以进行下一个数据帧的发送,若没有则一致重传至规定重发次数为止(采用二进制指数退避法来确定随机的推迟时间)
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  • 一、信道划分介质访问控制 (一)传输数据使用的两种链路 点对点链路:两个相邻节点通过一个链路相连,没有第三者。 应用:PPP协议,常用于广域网。 广播式链路:所有主机共享通信介质。 应用:早期的总线以太网,...

    一、信道划分介质访问控制

    (一)传输数据使用的两种链路

    • 点对点链路:两个相邻节点通过一个链路相连,没有第三者。
      应用:PPP协议,常用于广域网
    • 广播式链路:所有主机共享通信介质。
      应用:早期的总线以太网,无线局域网,常用于局域网
      典型拓扑结构:总线型、星型(逻辑总线型)。

    (二)介质访问控制

    • 介质访问控制的内容就是,采取一定的措施,使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况。
      在这里插入图片描述

    (三)信道划分介质访问控制

    • 信道划分介质访问控制:将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开,把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备。
      在这里插入图片描述

    1. 频分多路复用FDM

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    2. 时分多路复用TDM

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    3. 改进的时分复用一一统计时分复用STPM

    • 每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用 户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存,然后集中器按顺序依次扫描输入缓存,把缓存 中的输入数据放入STDM帧中,一个STDM帧满了就发出。STDM帧不是固定分配时隙,而是按需动态分配时隙。
      在这里插入图片描述

    4. 波分多路复用WDM

    • 波分多路复用就是光的频分多路复用在一根光纤中传输多种不同波长(频率)的光信号,由于波长(频率)不同,所以各路光信号互不干扰,最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。
      在这里插入图片描述

    5. 码分多路复用CDM

    在这里插入图片描述

    (四)动态分配信道—随机访问介质控制

    • 动态分配信道:(又称为)动态媒体接入控制/多点接入。
    • 特点:信道并非在用户通信时固定分配给用户。
    • 随机访问介质访问控制:所有用户可随机发送信息。发送信息时占全部带宽。(不协调→冲突)

    1. ALOHA协议(不听就说)

    (1)纯ALOHA协议

    • 纯ALOHA协议思想:不监听信道,不按时间槽发送,随机重发。想发就发
      在这里插入图片描述

    (2)时隙ALOHA协议

    • 时隙ALOHA协议的思想:把时间分成若干个相同的时间片,所有用户在时间片开始时刻同步接入网络信道,若发生冲突,则必须等到下一个时间片开始时刻再发送。
    • 控制想发就发的随意性
      在这里插入图片描述
    • 总结:
      ①、纯ALOHA比时隙ALOHA吞吐量更低,效率更低。
      ②、纯ALOHA想发就发,时隙ALOHA只有在时间片段开始时才能发。

    2.CSMA协议(先听再说)

    • CS:载波侦听/监听,每一个站在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
    • 当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞,即发生了冲突。
    • MA:多点接入,表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
    • 协议思想:发送帧之前,监听信道。
      在这里插入图片描述

    (1)1-坚持CSMA

    • 坚持指的是对于监听信道之后的坚持。
    • 1-坚持CSMA思想:①、如果一个主机要发送消息,那么它先监听信道。
      ②、空闲则直接传输,不必等待。
      ③、忙则一直监听,直到空闲马上传输。
      ④、如果有冲突(一段时间内未收到肯定回复),则等待一个随机长的时间再监听,重复上述过程。
    • 优点:只要媒体空闲,站点就马上发送,避免了媒体利用率的损失。
    • 缺点:假如有两个或两个以上的站点有数据要发送,冲突就不可避免。

    (2)非坚持CSMA

    • 非坚持指的是对于监听信道之后就不继续监听。
    • 非坚持CSMA思想:①、如果一个主机要发送消息,那么它先监听信道。
      ②、空闲则直接传输,不必等待。
      ③、忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。
    • 优点:采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性。
    • 缺点:可能存在大家都在延迟等待过程中,使得媒体仍可能处于空闲状态,媒体使用率降低。

    (3)p-坚持CSMA

    • p-坚持指的是对于监听信道空闲的处理。
    • p-坚持CSMA思想:①、如果一个主机要发送消息,那么它先监听信道。
      ②、空闲则以p概率直接传输,不必等待;概率1-p等待到下一个时间槽再传输。
      ③、忙则持续监听直到信道空闲再以p概率发送。
      ④、若冲突则等到下一个时间槽开始再监听并重复上述过程。
    • 优点:既能像非坚持算法那样减少冲突,又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的这种方案。
    • 发生冲突后还是要坚持把数据帧发送完,造成了浪费👉有没有什么办法可以减少资源浪费,一冲突就能发现呢?【CSMA/CD】

    (4)三种CSMA对比总结

    在这里插入图片描述

    3. CSMA/CD协议(先听再说,边听边说)

    • 载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD(carrier sense multiple access with collision detection)
    • CS:载波侦听/监听,每一个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
    • MA:多点接入,表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。【总线型网络】
    • CD:碰撞检测(冲突检测),“边发送边监听”,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是否也在发送数据。【半双工网络】
    • 先听后发为什么还会冲突?
      因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。

    (1)传播时延对载波监听的影响

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    • 最迟多久才能知道自己发送的数据没和别人碰撞?
      ①、最多是两倍的总线端到端的传播时延(2τ)
      ②、总线的端到端往返传播时延
      ③、争用期/冲突窗口/碰撞窗口
    • 只要经过2τ时间还没有检测到碰撞,就能肯定这次发送不会发生碰撞。

    (2)如何确定碰撞后的重传时机?

    • 截断二进制指数规避算法
    • 确定基本退避(推迟)时间为争用期 2τ。
    • 定义参数k,它等于重传次数,但k不超过10,即k=min[重传次数,10]。当重传次数不超过10时,k等于
      重传次数;当重传次数大于10时,k就不再增大而一直等于10。
    • 从离散的整数集合[0,,1 …, 2k-1]中随机取出一个数r,重传所需要退避的时间就是r倍的基本退避时间,即2rτ 。
    • 当重传达16次仍不能成功时,说明网络太拥挤,认为此帧永远无法正确发出,抛弃此帧并向高层报告出错。
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    • 例:在以太网的二进制回退算法中,在11次碰撞之后,站点会在0~(?)之间选择一个随机数。
      k=min{11,10}→k=10(因为重传的次数超过了10,所以k只能为10),所以站点会在0~210-1

    (3)最小帧长问题

    • A站发了一个很短的帧,但发生了碰撞,不过帧在发送完毕后才检测到发生碰撞,没法停止发送,因为发完了。。
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    4. CSMA/CA协议(了解即可)

    • 载波监听多点接入/碰撞避免CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance)
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    (1)CSMA/CA协议工作原理

    • 发送数据前,先检测信道是否空闲。
    • 空闲则发出RTS(request to send),RTS包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息;信道忙则等待。
    • 接收端收到RTS后,将响应CTS(clear to send)
    • 发送端收到CTS后,开始发送数据帧(同时预约信道:发送方告知其他站点自己要传多久数据)。
    • 接收端收到数据帧后,将用CRC来检验数据是否正确,正确则响应ACK帧
    • 发送方收到ACK就可以进行下一个数据帧的发送,若没有则一直重传至规定重发次数为止(采用二进制指数退避算法来确定随机的推迟时间)
    • 机制:①、预约信道。②、ACK帧。③、RTS/CTS帧(可选)

    (2)CSMA/CD与CSMA/CA

    • 相同点:CSMA/CD与CSMA/CA机制都从属于CSMA的思路,其核心是先听再说。换言之,两个在接入信道之前都须要进行监听。当发现信道空闲后,才能进行接入。
    • 不同点:
      ①、传输介质不同:CSMA/CD 用于总线式以太网【有线】,而CSMA/CA用于无线局域网【无线】。
      ②、载波检测方式不同:因传输介质不同,CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测,当数据发生碰撞时,电缆中的电压就会随着发生变化;而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。
      ③、CSMA/CD检测冲突,CSMA/CA避免冲突,二者出现冲突后都会进行有上限的重传

    (五)轮询访问介质访问控制

    1. 介质访问控制

    • 信道划分介质访问控制(MAC Multiple Access Control )协议:
      ①、基于多路复用技术划分资源。
      ②、网络负载重:共享信道效率高,且公平
      ③、网络负载轻:共享信道效率低
    • 随机访问MAC协议:冲突
      ①、用户根据意愿随机发送信息,发送信息时可独占信道带宽。
      ②、网络负载重:产生冲突开销
      ③、网络负载轻:共享信道效率高,单个结点可利用信道全部带宽
    • 轮询访问MAC协议/轮流协议/轮转访问MAC协议:既要不产生冲突,又要发送时占全部带宽
      ①、轮询协议。②、令牌传递协议

    (1)轮询协议

    • 主结点轮流“邀请”从属结点发送数据。
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    (2) 令牌传递协议

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    • 令牌:一个特殊格式的MAC控制帧,不含任何信息。控制信道的使用,确保同一时刻只有一个结点独占信道。
    • 令牌环网无碰撞
    • 每个结点都可以在一定的时间内(令牌持有时间)获得发送数据的权利,并不是无限制地持有令牌。
    • 问题:①、令牌开销 ②、等待延迟 ③、单点故障
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