概念

介质访问冲突,Medium Access Control,MAC -> 多个结点共享同一个”总线型”广播信道时, 可能发生信号冲突

• 介质访问控制(MAC层)为数据链路层的一个子层
• 可以划分为三种方法 ->
  1. 信道划分介质访问控制 -> 属于静态划分信道的方式
  2. 随机访问机制访问控制 -> 属于动态分配信道的方式
  3. 轮询访问介质访问控制 -> 属于动态分配信道的方式

信道划分介质访问控制

• 使用复用技术, 将同一传输介质上的多个设备通信隔离开来, 合理分配时域或频域资源
• 除此之外, 在传输介质的带宽超过单个信号所需带宽时, 还能有效提高传输系统的利用率
• 输入 -> 复用器 -> 传输介质(1条链路, 多个信道) -> 分用器 -> 输出

时分复用

Time Division Multiplexing,TDM

1. 将信道的传输时间划分为等长的时间片, 构成一个TDM帧(仅只一段固定时间间隔) 因其信道利用率低 -> STDM
2. 统计时分复用(Statistic TDM,异步时分复用) -> 按需动态分配时隙

频分复用

Frequency Division Multiplexing,FDM

1. 将信道的总频带划分为多个子频带, 所有用户在同一时间占用不同频带资源
2. 实际使用时还需要设置隔离频带
3. 优点 -> 充分利用传输介质的带宽, 系统效率较高, 且实现相对简单

波分复用

-> 即光的频分复用(且光的带宽大)

码分复用

Code Division Multiplexing,CDM; 更常用CD Multiple Access,CDMA, 码分多址

1. 将每个比特时间进一步划分为m个短的时间槽, 称为码片(Chip), 通常$m=64或128$
2. 多站信息发送时, 向量在公共信道上叠加, 本质上是线性相加
3. 不同站点发送的码片向量必须正交, 且用1,-1表示高低电平方便计算且实现正交 比如m=4时, 规定A站用$\mathbf{a}=(1,1,1,1)/-\mathbf{a}=(-1,-1,-1,-1)$表示1/0, B站用(1,-1,1,-1)/(-1,1,-1,1)表示1/0 -> 在进行分用时, 与N的原码片内积就能通过结果为1/-1判断N的这一位信息为0/1
4. 原理 -> 相互正交的码片在内积时为0信息被筛掉, 只剩N站本身的信息, 从而做到数据分离
5. 优点 -> 频谱利用率高, 抗干扰能力强, 保密性好, 语音质量好, 减少投资和运营成本, 广泛应用于(移动)无线通信系统

随机访问介质访问控制

• 通过争用获得信道使用权, 胜者方可以发送数据 -> 在总线型网络中, 多个用户发生冲突, 就会导致所所有用户的发送均失败
• 实质 -> 将广播信道动态地转化为点到点信道的机制

ALOHA协议

1. 纯ALOHA协议 基本思想 -> 立即发送数据, 无须实现检测信道状态; 若未收到确认超时, 则认定发生了冲突, 此时, 该站点需等待一段随机时间后重传, 直至发送成功; 对于所有站点来说, 发生了冲突的两个站点都需要重传 -> 冲突概率高, 吞吐量低
2. 时隙ALOHA协议 基本思想 -> 该协议将时间划分为等长时隙(Slot), 并要求所有站点并同步时钟, 只在准备好的下个时隙的起始时刻发送帧, 一帧的发送时间必须小于一个时隙长度, 降低了冲突概率 -> 显然也可能发生冲突, 此时和纯ALOHA协议一样, 需等待一段随机时间后重传, 直至发送成功

CSMA协议

Carrier Sense Multiple Access,载波监听多路访问

1. 1-坚持CSMA协议
   1. 站点要发送数据, 先监听信道, 信道空闲则立刻发送, 否则持续监听直至空闲
   2. “1-”为概率1在监听到空闲时发送, “坚持”为在信道忙时持续监听
2. 非坚持CSMA协议
   • 站点要发送数据, 先监听信道, 信道空闲则立刻发送, 否则等待随机时间后重复
   • 概率1在监听到空闲时发送, 但是在信道忙时不持续监听
3. p-坚持CSMA协议 -> 只有这个有时隙的概念
   1. 站点要发送数据, 先监听信道, 信道空闲则立刻发送, 否则持续监听直至空闲
   2. “p-”为在监听到空闲时概率 p 发送, 概率 (1-p) 仍推迟到(相邻)下一个时隙重复监听, “坚持”为在信道忙时持续监听

轮询访问-令牌传递协议

1. 各站点不能随机发送信息, 而是以循环方式轮询每个结点
2. 令牌为一个特殊的控制帧(帧定界|令牌号|帧定界)
3. 不会发生冲突
4. IEEE 802.5令牌环网中令牌和数据的传递过程
   1. 网络空闲时, 环路中只有令牌帧在循环传递
   2. 令牌传递到要发数据的站点时, 该站点修改标志位, 并附加数据, 将令牌帧转换成数据帧(帧定界|令牌号|FC|目的地址|源地址|PDU(首部|data|尾部)|CRC|帧定界|FS) FC表示帧控制Frame Control, 用于区分令牌帧和数据帧 FS表示帧状态Frame Status, 用于源站确定数据是否被接受
   3. 各中间地址检查数据帧中的目的地址, 若与本站地址匹配(可以1对多), 则复制该帧, 并继续向下游传递
   4. 传递返回源站, 识别出使自己的发送帧时, 检查标志位是否已被接受, 若否, 重传
   5. 完成数据发送后, 生成新的令牌并继续1)
5. 优点 -> 适合高负载的信道, 因为严格限制了同一时刻仅由一个站点有发送权限, 从根本上避免了冲突

总结

1. 信道划分(静态)协议不会发生冲突, 信道分配(动态)协议才会发生冲突