《计算机通信网》第4章MAC子层

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1、第4章介质访问子层（MAC子层）4.1背景4.2共享介质的信道分配4.3典型的多路访问协议4.4网桥4.1概述考虑本地有多台计算机联成一个网基本要求每台计算机只有一个通信接口任意计算机之间都可以相互发送数据计算机在网络中的地位平等采用何种方法可以把这些计算机都连起来？ACBDEF任意一台计算机(例如A)，可以其它把数据送给其它的任意的计算机(例如C)基本的联网方式用一个信道把所有计算机连接起来信道的通信容量为C(Capability)所有的计算机都利用该信道发送和接收数据联网问题转化为如何为每台计算机分配使用的信道资源？静态分配频分复用

2、，FDM时分复用，TDM动态分配ABCDEF术语：多路复用与多路访问多路复用：Multiplex多个通信复用到一个信道上TDM、FDM通过划分子信道，实现多个一对一的通信多路访问：Multi-Access在一个信道上，实现与多个站点的通信TDM的联网通信方式，称为TDMAFDM的联网通信方式，称为FDMA其它的还有CSMA，载波侦听多路访问CDMA，码分多路访问WDMA，波分多路访问4.1背景计算机网络分为两类点到点信道的网络共享信道的网络（广播信道的网络或广播式网络）广播信道也称为：多路访问信道或随机访问信道广播信道网络的特点所有站点共

3、享同一信道一个站发送的数据将传遍整个网络同时发送会产生冲突需要某种信道访问机制——介质访问子层研究的问题频率f★4.1背景典型的广播信道网络卫星网络无线广域网（GSM、GPRS、WCDMA等）无线局域网WLAN（802.11）局域网共享式以太网令牌环网光纤网络广播信道网络面临和需要解决的问题如何识别不同的站点站点何时如何使用信道——信道分配问题所有这些问题由MAC子层协议解决介质访问子层（mediumaccesscontrol）★4.2共享介质的信道分配静态分配（无竞争）频分多路复用FDM（频分，各站使用独立频段）需要考虑频段间隔，以免相

4、互干扰时分多路复用TDM（时分，各站使用独立时间段）需要考虑时间段（时隙）独立，以免干扰静态分配方式简单可靠，但延时较大，信道利用率低，不适应突发的数据传送和用户数量变化的情况★4.2共享介质的信道分配★动态分配动态分配需要考虑的要素如何发送任意，想发就发发送前是否侦听载波：盲目或等待信道空闲得到许可再发送如何接收地址识别是否检测冲突冲突怎样解决不使冲突出现减少冲突减少冲突影响STOPNOYESCollision4.2共享介质的信道分配动态分配不固定为每个站点分配信道需要时才分配空闲时可由其它站点使用动态分配的方式很多集中仲裁的动态分配（

5、需要管理站）向管理站预约：需要时申请，许可后发送数据（举手的方式）申请时可能冲突，许可后发送无冲突由管理站轮询(点名的方式)单播轮询方式：依次询问每个站，有数据发的站点发送，无冲突组播或广播轮询：可能有冲突分布仲裁的动态分配（无需管理站）允许竞争存在，尽量避免或减少冲突减少冲突的措施：发前侦听信道，检测冲突，冲突后随机后退等令牌控制信道的使用只有得到令牌的站，才能发送数据（无冲突方式）★另一种动态分配方式的分类竞争信道节点无序抢占信道允许冲突存在有序访问控制节点访问信道次序无冲突有限竞争结合竞争方式和无冲突方式轻负载时，使用竞争方式重负载

6、时，使用无冲突方式本章重点－随机竞争算法算法优点信道利用率高其它站点不发送时，可占用更多的信道资源联网方式简单不需要进行信道划分站点数可变通信方式简单发，或者不发(不存在子信道带来的问题)适合于计算机间的组网通信通信的对象可变通信的数据量可变，通信能力强站点可自由上下网最大问题如何最大限度避免出现发送冲突4.3典型的多路访问协议有竞争的多路访问协议纯ALOHA协议各站想发就发，碰撞随时可能发生时槽ALOHA协议规定统一发送时刻，碰撞时帧完全重叠CSMA协议发前侦听信道，忙则随机后退有三种策略：0坚持、1坚持和P坚持CSMA/CD发前侦听信

7、道，发送时同时检测信道检测到冲突立即停发，释放信道CSMA/CA：WLAN的MAC协议发前不听不看，冲突严重虽发前侦听信道，但冲突一旦发生不能立即停下，资源浪费冲突立即释放信道，提高信道利用率信道竞争模型竞争模型N个独立工作的站点，随机地发送数据帧进入信道的帧的速率是一个随机过程(设均值为G)某个帧成功传输的条件(无论谁接收、不考虑误码):没有与其它帧在时间上有重叠进入信道(帧速率G)成功传输出信道（吞吐率S）冲突的帧（消失在信道上)S：归一化吞吐率S=吞吐量/信道容量G：归一化帧速率G=帧速率/信道容量显然：S≤G信道竞争模型帧速率的概

8、率分布在任意的一个时间段T(帧长度)内，生成k个帧的概率服从泊松分布其中G为平均帧速率典型值：T内生成0帧的概率为pT(0)=e-GT内生成1帧的概率为pT(1)=Ge-G2T内生成0帧的概率