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  • 传输

    千次阅读 2021-06-18 11:56:26
    由于一个主机同时运行个进程,因此运输层具有复用和分用功能。传输层在终端用户之间提供透明的数据传输,向上层提供可靠的数据传输服务。传输层在给定的链路上通过流量控制、分段/重组和差错控制来保证数据传输的...

    传输层是整个网络体系结构中的关键层次之一,主要负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机同时运行多个进程,因此运输层具有复用和分用功能。传输层在终端用户之间提供透明的数据传输,向上层提供可靠的数据传输服务。传输层在给定的链路上通过流量控制、分段/重组和差错控制来保证数据传输的可靠性。传输层的一些协议是面向链接的,这就意味着传输层能保持对分段的跟踪,并且重传那些失败的分段。

    中文名

    传输层

    外文名

    Transport Layer

    别    名

    运输层领    域

    计算机网络

    体    系

    Open System Interconnection(OSI)

    功    能

    复用和分用

    传输层简介

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    传输层是国际标准化组织提出的开放系统互连(OSI)参考模型中的第四层。该层协议为网络端点主机上的进程之间提供了可靠、有效的报文传送服务。其功能紧密地依赖于网络层的虚拟电路或数据报服务。传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层也称为运输层,传输层只存在于端开放系统中,是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层,但是很重要的一层,因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。

    传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段,数据传送阶段,传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完整的服务过程。而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种形式。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)[1]

    。传输层提供逻辑连接的建立、传输层寻址、数据传输、传输连接释放、流量控制、拥塞控制、多路复用和解复用、崩溃恢复等服务。

    传输层端口概念

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    传输层的任务是根据通信子网的特性,最佳的利用网络资源,为两个端系统的会话层之间,提供建立、维护和取消传输连接的功能,负责端到端的可靠数据传输。在这一层,信息传送的协议数据单元称为段或报文。

    网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点,而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。计算机网络中的资源子网是通信的发起者和接收者,其中的每个设备称为端点;通信子网提供网络中的通信服务,其中的设备称为节点。OSI参考模型中用于通信控制的是下面四层,但它们的控制对象不一样。

    传输层基本功能

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    传输层提供了主机应用程序进程之间的端到端的服务,基本功能如下:

    (1) 分割与重组数据

    (2) 按端口号寻址

    (3) 连接管理

    (4) 差错控制和流量控制,纠错的功能

    传输层要向会话层提供通信服务的可靠性,避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。

    传输层服务类型

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    传输层既是OSI层模型中负责数据通信的最高层,又是面向网络通信的低三层和面向信息处理的高三层之间的中间层。该层弥补高层所要求的服务和网络层所提供的服务之间的差距,并向高层用户屏蔽通信子网的细节,使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条端到端的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。服务类型

    传输层提供的服务可分为传输连接服务和数据传输服务。

    ☆ 传输连接服务:通常,对会话层要求的每个传输连接,传输层都要在网络层上建立相应的连接。

    ☆ 数据传输服务:强调提供面向连接的可靠服务(很晚OSI才开始制定无连接服务的有关标准),并提供流量控制、差错控制和序列控制,以实现两个终端系统间传输的报文无差错、无丢失、无重复、无乱序。

    传输层协议等级与传输层协议

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    传输层服务质量

    运输层服务通过协议体现,因此运输层协议的等级与网络服务质量密切相关。根据差错性质,网络服务按质量可分为以下三种类型:

    ☆ A类服务:低差错率连接,即具有可接受的残留差错率和故障通知率;

    ☆ B类服务:高差错率连接,即具有不可接受的残留差错率和故障通知率;

    ☆ C类服务:介于A类服务与B类服务之间。

    传输层协议级别

    差错率的接受与不可接受是取决于用户的。因此,网络服务质量的划分是以用户要求为依据的。OSI根据运输层的功能特点,定义了以下五种协议级别:

    ☆ 0级:简单连接。只建立一个简单的端到端的传输连接,并可分段传输长报文。

    ☆ 1级:基本差错恢复级。在网络连接断开、网络连接失败或收到一个未被认可的传输连接数据单元等基本差错时,具有恢复功能。

    ☆ 2级:多路复用。允许多条传输共享同一网络连接,并具有相应的流量控制功能。

    ☆ 3级:差错恢复和多路复用。是1级和2级协议的综合。

    ☆ 4级:差错检测、恢复和多路复用。在3级协议的基础上增加了差错检测功能。

    传输层传输层协议

    面向连接的传输协议(TCP):数据传输之前必须先建立连接,数据传输完成之后,必须释放连接。仅支持单播传输:每条传输连接只能有两个端点,只能进行点对点的连接,不支持多播和广播的传输方式,UDP是支持的。

    提供可靠的交付服务:传送的数据无差错。不丢失,不重复,且顺序与与源数据一致。

    传输单位是数据段:每次发送的数据段不固定,受应用层传送报文大小和网络中的MTU(最大传输单元)值大小的影响。最小数据段可能仅有21个字节(其中20个字节属于TCP头部,数据部分仅1字节)。

    支持全双工传输:通信双方可以同时发数据和接收数据。

    TCP连接是基于字节流的:UDP是基于报文流的。

    TCP是一个可以保证可靠数据传输的传输层协议,主要采用采用以下四个机制实现数据可靠性传输。

    字节编号机制:TCP数据段以字节为单位对数据段的"数据"部分进行一一编号,确保每一个字节的数据都可以有序传送和接收。

    数据段确认机制:每接收一个数据段都必须有接收端向发送端返回确认数据段,其中的确认号表示已经正确接收的数据段序号。

    超时重传机制:TCP中有一个重传定时器(RTT),发送一个数据段的同时也开启这个定时器,如果定时器过期之时还没有返回确认,则定时器停止,重传该数据。

    选择性确认机制:(Selective ACK,SACK)/只重传缺少部分的数据,不会重传那些已经正确接收的数据。

    UDP 是User Datagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协议,是OSI(Open System Interconnection,开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17[2]

    UDP协议全称是用户数据报协议,在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包,是一种无连接的协议。在OSI模型中,在第四层——传输层,处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文发送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP报文分为UDP报文头和UDP数据区域两个部分。报头由源端口,目的端口,报文长度以及校验和组成。UDP适合于实时数据传输,比如语音和视频通信。相比TCP,UDP的传输效率更高,开销更小,但是无法保证数据传输可靠性。UDP头部的标识如下:

    1)16位源端口号:源主机的应用程序使用的端口号。

    2)16位目的端口号:目的主机的应用程序使用的端口号。

    3)16位UDP长度:是指UDP头部和UDP数据的字节长度。因为UDP头部长度是8字节,所以字段的最小值为8。

    4)16位UDP校验和:该字段提供了与TCP校验字段同样的功能;该字段是可选的。

    传输层重要性

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    传输层是整个协议层次结构的核心,是唯一负责总体数据传输和控制的一层。在OSI七层模型中传输层是负责数据通信的最高层,又是面向网络通信的低三层和面向信息处理的高三层之间的中间层。因为网络层不一定保证服务的可靠,而用户也不能直接对通信子网加以控制,因此在网络层之上,加一层即传输层以改善传输质量。

    传输层利用网络层提供的服务,并通过传输层地址提供给高层用户传输数据的通信端口,使系统间高层资源的共享不必考虑数据通信方面和不可靠的数据传输方面的问题。它的主要功能是:对一个进行的对话或连接提供可靠的传输服务,在通向网络的单一物理连接上实现该连接的复用,在单一连接上提供端到端的序号与流量控制、差错控制及恢复等服务。

    词条图册

    更多图册

    参考资料

    1.

    JamesF.Kurose Keith W.Ross.计算机网络:机械工业出版社,2005年

    2.

    谢希仁.计算机网络:电子工业出版社,2008

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  • 多路复用技术

    2021-07-27 08:22:53
    多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术,它可以有效的提高数据链路的利用率,从而使得一条高速的主干链路同时为多条低速的接入链路提供服务,也就是使得网络干线可以同时运载大量的语音和数据传输。...

    多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术,它可以有效的提高数据链路的利用率,从而使得一条高速的主干链路同时为多条低速的接入链路提供服务,也就是使得网络干线可以同时运载大量的语音和数据传输。多路复用技术是为了充分利用传输媒体,人们研究了在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。多路复用技术的实质是,将一个区域的多个用户数据通过发送多路复用器进行汇集,然后将汇集后的数据通过一个物理线路进行传送,接收多路复用器再对数据进行分离,分发到多个用户。多路复用通常分为频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多址和空分多址。

    中文名

    多路复用技术分    类

    通信

    应    用

    数据传输

    多路复用技术基本信息

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    我们平时上网最常用的电话线就采取了多路复用技术,所以你在上网的时候,家人也可以打电话了。

    多路复用最常用的两个设备是:

    多路复用技术多路复用器

    在发送端根据约定规则把多个低带宽信号复合成一个高带宽信号;

    多路复用技术多路分配器

    根据约定规则再把高带宽信号分解为多个低带宽信号。这两种设备统称为多路器(MUX)。

    常见的多路复用技术包括频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)、波分多路复用(WDM)和码分多路复用(CDMA)其中时分多路复用又包括同步时分复用和统计时分复用。.

    多路复用技术技术分类

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    多路复用技术频分多路复用

    频分多路复用技术FDM(Frequency Division Multiplexing)。

    频分多路复用利用通信线路的可用带宽超过了给定的带宽这一优点。频分多路复用的基本原理是:如果每路信号以不同的载波频率进行调制,而且各个载波频率是完全独立的,即各个信道所占用的频带不相互重叠,相邻信道之间用“警戒频带”隔离,那么每个信道就能独立地传输一路信号。

    频分多路复用的主要特点是,信号被划分成若干通道(频道,波段),每个通道互不重叠,独立进行数据传递。每个载波信号形成一个不重叠、相互隔离(不连续)的频带。接收端通过带通滤波器来分离信号。频分多路复用在无线电广播和电视领域中的应用较多。ADSL也是一个典型的频分多路复用。ADSL用频分多路复用的方法,在PSTN使用双绞线上划分出三个频段:0~4kHz用来传送传统的语音信号;20~50kHz用来传送计算机上载的数据信息;150~500kHz或140~1100kHz用来传送从服务器上下载的数据信息。

    多路复用技术时分多路复用

    时分多路复用技术TDM(Time Division Multiplexing)

    时分多路复用是以信道传输时间作为分割对象,通过为多个信道分配互不重叠的时间片段的方法来实现多路复用。时分多路复用将用于传输的时间划分为若干个时间片段,每个用户分得一个时间片。时分多路复用通信,是各路信号在同一信道上占有不同时间片进行通信。由抽样理论可知,抽样的一个重要作用,是将时间上连续的信号变成时间上的离散信号,其在信道上占用时间的有限性,为多路信号沿同一信道传输提供条件。具体说就是把时间分成一些均匀的时间片,通过同步(固定分配)或统计(动态分配)的方式,将各路信号的传输时间配分在不同的时间片,以达到互相分开,互不干扰的目的。

    至2011年9月,应用最广泛的时分多路复用是贝尔系统的T1载波。T1载波是将24路音频信道复用在一条通信线路上,每路音频信号在送到多路复用器之前,要通过一个脉冲编码调制编码器,编码器每秒抽样8000次。24路信号的每一路,轮流将一个字节插入到帧中,每个字节的长度为8位,其中7位是数据位,1位用于信道控制。每帧由24×8=192位组成,附加1bit作为帧的开始标志位,所以每帧共有193bit。由于发送一帧需要125us,一秒钟可以发送8000帧。因此T1载波数据传输速率为:

    193bit×8000=1544000bps=1544Kbps=1.544Mbps

    多路复用技术波分多路复用

    波分多路复用技术WDM(Wavelength Division Multiplexing)

    波分复用用同一根光纤内传输多路不用波长的光信号,以提高单根光纤的传输能力。因为光通信的光源在光通信的“窗口”上只占用了很窄的一部分,还有很大的范围没有利用。

    也可以这样认为WDM是FDM应用于光纤信道的一个变例。如果让不用波长的光信号在同一根光纤上传输而互不干扰,利用多个波长适当错开的光源同时在一根光纤上传送各自携带的信息,就可以增加所传输的信息容量。由于是用不同的波长传送各自的信息,因此即使在同一根光纤上也不会相互干扰。在接收端转换成电信号时,可以独立地保持每个不同波长的光源所传送的信息。这种方式就叫做“波分复用”。

    如果将一系列载有信息的不同波长的光载波,在光领域内以1至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输,在接收器再一一定的方法,将各个不同波长的光载波分开。在光纤上的工作窗口上安排100个波长不同的光源,同时在一根光纤上传送各自携带的信息,就能使光纤通信系统的容量提高100倍。

    多路复用技术码分多址

    码分多址技术CDMA(Code Division Multiple Access)

    码分多址是采用地址码和时间、频率共同区分信道的方式。CDMA的特征是个每个用户有特定的地址码,而地址码之间相互具有正交性,因此各用户信息的发射信号在频率、时间和空间上都可能重叠,从而使用有限的频率资源得到利用。

    CDMA是在扩频技术上发展起来的无线通信技术,即将需要传送的具有一定信号带宽的信息数据,从一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。接收端也使用完全相同的伪随机码,对接受的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信。

    不同的移动台(或手机)可以使用同一个频率,但是每个移动台(或手机)都被分配带有一个独特的“码序列”,该序列码与所有别的“序列码”都不相同,因为是靠不同的“码序列”来区分不同的移动台(或手机),所以各个用户相互之间也没有干扰从而达到了多路复用的目的。

    多路复用技术空分多址

    空分多址技术SDMA(Space Division Multiple Access)

    这种技术是将空间分割构成不同的信道,从而实现频率的重复使用,达到信道增容的目的。举例来说,在一个卫星上使用多个天线,各个天线的波束射向地球表面的不同区域地面上不同区域的地球站,他们在同一时间,即使用相同的频率进行工作,它们之间也不会形成干扰。SDMA系统的处理程序如下:

    1、系统将首先对来自所有天线中的信号进行快照或取样,然后将其转换成数字形式,并存储在内存中。

    2、计算机中的SDMA处理器将立即分析样本,对无线环境进行评估,确认用户、干扰源及所在的位置。

    3、处理器对天线信号的组合方式进行计算,力争最佳地恢复用户的信号。借助这种策略,每位用户的信号接收质量将提高,而其他用户的信号或干扰信号则会遭到屏蔽。

    4、系统进行模拟计算,使天线阵列可以有选择地向空间发送信号。再次在此基础上,每位用户的信号都可以通过单独的通信信道空间-空间信道实现高效的传输。

    5、在上述处理的基础上,系统就能够在每条空间信道上发送和接受信号,从而使这些信号称为双向信道。

    利用上述流程,SDMA系统就能够在一条普通信道上创建大量的频分、时分或码分双向空间信道,没一条信道扣可以完全活的整个阵列的增益和抗干扰功能。从理论上而言,带m个单元的阵列能够在每条普通行道上支持m条空间信道。但在实际应用中支持的信道数量将略低于这个数目,具体情况则取决于环境。由此可见,SDMA系统可使系统容量成倍增加,使得系统在有限的频谱内可以支持更多的用户,从而成倍的提高频谱使用效率。

    自2011年9月,近几十年来,无线通信经历了从模拟到数字,从固定到移动的重大变革。而就移动通信而言,为了更有效地利用有限的无线频率资源,时分多址技术(TDMA)、频分多址技术(FDMA)、码分多址技术(CDMA)得到了广泛的应用,并在此基础上建立了GSM和CDMA(是区别于3G的窄带CDMA)两大主要的移动通信网络。就技术而言,现有的这三种多址技术已经得到了充分的应用,频谱的使用效率已经发挥到了极限。空分多址技术(SDMA)则突破了传统的三维思维模式,在传统的三维技术的基础上,在第四维空间上极大地拓宽了频谱的使用方式,使用移动用户仅仅由于空间位置的不同而复用同一个传统的物理信道称为可能,并将移动通信技术引入了一个更为崭新的领域。[1]

    多路复用技术采用原因

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    一是通信工程中用于通信线路架设的费用相当高,需要充分利用通信线路的容量;二是网络中传输介质的传输容量都会超过单一信道传输的通信量,为了充分利用传输介质的带宽,需要在一条物理线路上建立多条通信信道。

    多路复用技术基本原理

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    FDM、TDM、WDM、CDMA的基本原理

    频分多路复用的基本原理是在一条通信线路上设置多个信道,每路信道的信号以不同的载波频率进行调制,各路信道的载波频率互不重叠,这样一条通信线路就可以同时传输多路信号。

    时分多路复用是以信道传输时间作为分割对象,通过多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现,因此时分多路复用更适用于数字信号的传输。它又分为同步时分多路复用和统计时分多路复用。

    波分多路复用是光的频分多路复用,它是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。

    码分多路复用也是一种共享信道的方法,每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信,但使用的是基于码型的分割信道的方法,即每个用户分配一个地址码,各个码型互不重又叠,通信各方之间不会相互干扰,且抗干扰能力强.码分多路复用技术主要用于无线通信系统,特别是移动通信系统.它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响,而且增大了通信系统的容量.笔记本电脑或个人数字助理(Personal Data Assistant, PDA) 以及掌上电脑(Handed Personal COmputer,HPC)等移动性计算机的联网通信就是使用了这种技术。

    参考资料

    1.

    严体华 张志新 主编 网络管理员教程 清华大学出版社 第9-13页

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  • 展开全部多路复用技术分为62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333365663538以下四种:1、频分多路复用...主要用于电话和电缆电视系统。2、时分多路复用,特点是按传输的时间进行分割,将不同信号在不同时间...

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    多路复用技术分为62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333365663538以下四种:

    1、频分多路复用,特点是把电路或空间的频带资源分为多个频段,并将其分配给多个用户,每个用户终端的数据通过分配给它的子通路传输。主要用于电话和电缆电视系统。

    2、时分多路复用,特点是按传输的时间进行分割,将不同信号在不同时间内传送。又包含两种方式:同步时分复用和异步时分复用。

    3、波分多路复用,特点是对于光的频分复用。做到用一根光纤来同时传输与多个频率很接近的光波信号。

    4、码分多路复用,特点是每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信,是一种共享信道的方法。通信各方面之间不会相互干扰,且抗干扰能力强。

    特点是每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信,是一种共享信道的方法。通信各方面之间不会相互干扰,且抗干扰能力强。

    拓展资料:

    一、多路复用技术:

    多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术,它可以有效的提高数据链路的利用率,从而使得一条高速的主干链路同时为多条低速的接入链路提供服务,也就是使得网络干线可以同时运载大量的语音和数据传输。多路复用技术是为了充分利用传输媒体,人们研究了在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。

    多路复用技术的实质是,将一个区域的多个用户数据通过发送多路复用器进行汇集,然后将汇集后的数据通过一个物理线路进行传送,接收多路复用器再对数据进行分离,分发到多个用户。多路复用通常分为频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多址和空分多址。

    二、基本原理:

    频分多路复用的基本原理是在一条通信线路上设置多个信道,每路信道的信号以不同的载波频率进行调制,各路信道的载波频率互不重叠,这样一条通信线路就可以同时传输多路信号。

    时分多路复用是以信道传输时间作为分割对象,通过多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现,因此时分多路复用更适用于数字信号的传输。它又分为同步时分多路复用和统计时分多路复用。

    波分多路复用是光的频分多路复用,它是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。

    码分多路复用也是一种共享信道的方法,每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信,但使用的是基于码型的分割信道的方法,即每个用户分配一个地址码,各个码型互不重又叠,通信各方之间不会相互干扰,且抗干扰能力强。码分多路复用技术主要用于无线通信系统,特别是移动通信系统。

    它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响,而且增大了通信系统的容量。笔记本电脑或个人数字助理(Personal Data Assistant, PDA) 以及掌上电脑(Handed Personal COmputer,HPC)等移动性计算机的联网通信就是使用了这种技术。

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  • 多路访问链路和协议

    2021-08-06 08:32:00
    共享广播信道是非常常见的,例如无线WIFI接入式卫星通信接入式,又例如我们在公共场合说话等都属于共享信道,共享信道的特点是当一个人在说话时,其他人需要安静的听,如果有个人同时说话,会导致收听的人听不清楚...

    目前有两种网络链路:
    (1)点对点链路:链路两端各一个节点。一个发送和一个接收。如点对点协议PPP。
    (2)广播链路:多个节点连接到一个共享的广播信道。共享广播信道是非常常见的,例如无线WIFI接入式卫星通信接入式,又例如我们在公共场合说话等都属于共享信道,共享信道的特点是当一个人在说话时,其他人需要安静的听,如果有多个人同时说话,会导致收听的人听不清楚,这就是产生了干扰。同理,在共享链路上,一个节点发送数据帧,这个数据帧是在共享链路下广播的。即任何一个节点传输一帧时,信号在信道上广播,其他节点都可以收到一个拷贝。常用于局域网中,如早期的以太网和无线局域网。
    下面我们要将广播链路的共享信道技术。

    一、广播信道要解决的问题

    传统的广播电视:是单向的广播,一个固定的节点向许多接收节点发送,因此不存在干扰问题。
    计算机网络:在计算机网络中,广播信道上的节点都能够发送和接收数据帧,如果多个节点同时向共享信道发送数据,会导致信道中的信号相互干扰,使数据帧不能正确接收。这就需要解决当前谁使用信道的问题即谁有权力向当前信道发送数据帧。

    二、多路访问协议

    多路访问协议的目的是协调多个节点在共享广播信道上的传输,避免多个节点同时使用信道,发生冲突,产生互相干扰。
    冲突概念:两个以上的节点同时传输帧,使接收方收不到正确的帧。冲突会造成广播信道时间的浪费。
    多路访问协议可用于许多不同的网络环境,如有线和无线局域网。
    多路访问协议有三种类型。

    1、信道划分协议

    信道划分协议:把信道划分为小“片”,然后给节点分配专用的小“片”。
    主要的信道划分协议有TDMA(时分过路接入)、FDMA(频分多路接入)、CDMA(码分多路接入)三种。

    1.1、时分多路接入

    时分多路接入:将时间化分为时间帧,每个时间帧再划分为N个时隙,时隙的长度可以保证发送一个分组,将这N个时隙分别分配给N个节点。每个节点只在固定分配的时隙中传输。
    例如有6个站点的局域网,将时间帧划分为6个时隙,每个时隙分配一个站点,若只有1、3、4站点有数据要发送,则只有时隙1、3、4有分组要传输,时隙2、5、6则空闲。
    在这里插入图片描述
    TDMA特点:可以避免冲突、将资源公平分配,每个节点专用速率是R/N b/s;节点速率有限当其他节点没有数据要传输时,需要发送数据的节点也不能充分利用带宽资源。因此TDMA的效率不高,节点必须等待它的传输时隙才能发送数据。

    1.2、频分多路接入

    将总信道带宽R b/s划分为N个较小信道即频段分别分配给N个站点。
    例如有6个站点的局域网,将信道划分为6个频带,每个站点一个频带,如果只有1、3、4站点有数据要发送,那么只有频带1、3、4有分组要传输,频带2、5、6就空闲了。
    FDMA特点:可以避免冲突,实现链路资源的公平分配即N个节点公平划分带宽;但是每个节点可以载用的带宽有限,小路不高。
    在这里插入图片描述

    2、随机访问协议

    随机访问协议:不划分信道,允许冲突,但是可以从冲突中恢复。
    随机访问协议的基本思想是发送节点以信道全部速率发送,在发生冲突时冲突的每个节点分别等待一个随机时间,再重发,直到帧发送成功。
    目前典型的随机访问协议有ALOHA协议;载波监听多路访问CSMA协议;带冲突检测载波监听多路访问CSMA/CD。

    2.1、ALOHA协议

    ALOHA协议:夏威夷大学研制的一个无线电广播通信网,采用星型拓扑结构,使地理上分散的用户通过无线电来使用中心主机。中心主机通过下行信道向二级主机广播分组;二级主机通过上行信道向中心主机发送分组,这里可能会产生冲突,无线电信道是一个共享信道。
    ALOHA协议目前有两种形式:时隙ALOHA和纯ALOHA。
    (1)时隙ALOHA:假设所有数据帧长L比特、时间被划分为若干个等长的时隙、节点只在时隙的开始点传输帧、所有节点同步传输,知道时隙什么时候开始、如果一个时隙有多个节点同时发送、所有节点都能检测到冲突。
    在时隙ALOHA中当节点有新的帧要发送时,需要等到下一个时隙开始才传输整个数据帧。传输过程中无冲突,则节点成功传输数据帧;传输过程中若有冲突,则节点检测到冲突后,以概率p在后续的每一个时隙重传该帧,直到成功。
    在这里插入图片描述
    如上图,这里划分出若干个时隙,最初3和节点都有数据要发送,因此在第一个时隙3个节点同时传输数据帧,检测到碰撞,检测到碰撞后3个节点都在后续时隙以概率P重传数据帧,因此在第二个时隙,3个节点都没有传输数据帧,所以时隙2是空闲时隙。在第三个时隙,节点1和节点2都发送数据帧,此时又检测到碰撞,因此节点1和节点2继续在后续时隙以概率P重传数据帧。在第4个时隙,只有节点2重传数据帧,因此传输成功。类似进行,直到每个节点的数据帧都发送成功为止。
    时隙ALOHA特点:当只有一个活动节点时,以全速R b/s的速率传输数据;时隙ALOHA是分布式的即每个节点检测冲突并独立决定何时重传;时隙ALOHA发送控制非常简单;ALOHA有多个活动节点时效率低。
    (2)纯ALOHA:是ALOHA的最初形式。是一个非时隙、完全分散的协议。
    工作过程为:当节点有数据帧要发送时就立即传输;如果与其他帧产生冲突,那么在该冲突帧完成之后以概率p立即重传该帧;或等待一个帧的传输时间再以概率P传输该帧,或者以概率1-P等待另一个帧的时间。
    纯ALOHA特点如下:每个节点的传输与广播信道上其他节点的活动是相互独立的;一个节点开始传输时并不知道是否有其他节点正在传输;发送冲突时不会停止传输;效率不高。

    2.2、CSMA(载波侦听多路访问协议)

    CSMA的基本思想是某个节点在发送之前先监听信道,若信道忙则表示有其他节点正往信道发送帧,该节点随机等待一段时间,然后再监听信道。若信道空则该节点开始传输整个数据帧。
    CSMA的特点是在发送前监听,可以减少冲突;由于传播时延的存在,仍有可能出现冲突,并造成信道浪费。如下是发送冲突的例子。
    在这里插入图片描述
    如上图是一个广播总线连接了4个节点A、B、C、D传播的时空图。
    在时间t0:节点B侦听到信道空,开始传输帧,沿着媒体传播比特。
    在时间t1:节点D有帧要发送。在t1时刻B的传输信号未到D,所以D检测到信道空,开始传输。很快,B的传输开始在D节点干扰D的传输,即产生了冲突。可以看到传播时间越长,节点不能侦听到另一个节点已经开始传输的可能性就越大。
    在CSMA中节点没有进行冲突检测,即使发生了冲突,节点仍继续传输它们的帧。但该帧已经被破坏、是无用的帧,由此造成信道传输时间被浪费。于是进一步提出了带冲突检测的CSMA机制。

    2.3、CMSA/CD(带冲突检测的CSMA)

    该机制增加载波帧听和冲突检测两个规则。
    基本原理为:传送前线侦听,如果信道忙则延迟传送;如果信道闲则传送整个帧。在传输数据帧的同时进行冲突检测,一旦检测到冲突就立即停止传输,尽快重发。
    CMSA/CD的目的是缩短无效传送时间,提高信道的利用率。
    在这里插入图片描述
    在CMSA/CD中虽然也会发生碰撞,但是两个节点B、D在检测到冲突之后很短时间内都放弃传输。

    2.4、以太网CSNA/CD的运行机制:

    以太网也是采用CSMA/CD机制来访问共享信道。其基本思想为:首先适配器从网络层获得一个数据报,将数据报封装成帧,准备发送;如果适配器侦听到信道空闲,则开始传输帧,如果检测到信道繁忙,则将等待一段时间,直到侦听到信道空闲,开始传输帧;在传输过程中,适配器会同时监听是否有其他适配器的信号能量;如果适配器在整个帧的传输过程中,没有监听到其他信号则完成该帧的传输,如果监听到来自其他适配器的信号则终止传输帧;终止传输后,适配器会等待一个随机时间,重新传输。
    以太网比较特别的是在检测到碰撞后,节点会随机回退一个时间,再次重传该数据帧,回退时间采用的是二进制指数回退法。当传输一个给定帧时,假设一个数据帧经过了n次碰撞,则节点随机的从0、1、2…2 n ^n n-1中选择一个K值,等待时间是该网卡发送512比特数据时间的K倍。

    3、轮流协议

    轮流协议:通过轮流访问信道避免冲突,要发送的节点越多轮流时间越长。
    轮流协议包括轮询协议和令牌传递协议。

    3.1、轮询协议

    在这里插入图片描述
    轮询协议示意图如上,轮询协议要求首先从连入共享信道的节点中选择一个节点作为主节点,其余节点作为从节点,主节点以循环的方式轮询每个节点,例如主节点首先向节点1发送一个报文,告诉它能够传输的帧的最多数量,如果节点1有数据要发送,则最多可发送允许的最多数量的数据。然后主节点会继续询问节点2、节点3…
    轮询的优点是消除了困扰随机接入的碰撞和空时隙问题,这使得轮询能够取得更高的效率。
    轮询的缺点是引入了额外的开销;引入了轮询时延即通知一个节点它可以传输的时间;如果主节点有故障则整个信道会变得不能工作。

    3.2、令牌传递协议

    在这里插入图片描述
    示意图如上,在这种协议中没有主节点,一个成为令牌的小的特殊帧在节点之间以某种固定的次序进行交换,例如节点1可能总是把令牌发送给节点2,节点2可能总是把令牌发送给节点3,而节点4总是把令牌发送给节点1。当一个节点收到令牌时,仅当它有一些数据要发送时它才持有这个令牌,否则此节点立即向下一个节点转发该令牌。当一个节点收到令牌时,如果它确实有数据帧要传输,它发送最大数量的帧数,然后把令牌传递给下一个节点。令牌传递是分布式的,因此具有较高的效率。但是也存在一些问题,例如单点失效问题。

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