一、什么是介质访问控制

点对点链路：两个相邻结点通过一条链路相连，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：早起的总线以太网、无线局域网，常用于局域网。

介质访问控制所要完成的主要任务是，为使用介质的每个结点隔离来自同一信道上其他结点所传送的信号，以协调活动结点的传输。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，称为介质访问控制(Medium Access Control，MAC)子层。

数据链路层介质访问控制的理解：可以理解链路层是建立一条逻辑链路，如何实现连接在这条链路上的结点之间的通信互不干扰就是介质访问控制的任务。

常见的介质访问控制有两类方法：静态划分信道、动态划分信道。

静态划分信道：信道划分介质访问控制

动态划分信道：随机访问介质访问控制和轮询访问介质访问控制

二、静态划分信道

（一）信道划分介质访问控制

信道划分介质访问控制（MAC Multiple Access Control ）将使用介质的每个设备与来自同一通信信道上的其他设备的通信隔离开来，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备。

下面介绍多路复用技术的概念。当传输介质的带宽超过传输单个信号所需的带宽时，人们就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率，这就是所谓的多路复用，也是实现信道划分介质访问控制的途径。多路复用技术把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使多个计算机或终端设备共享信道资源，提高了信道的利用率。

信道划分的实质就是通过分时、分频、分码等方法把原来的一条广播信道,逻辑上分为几条用于两个结点之间通信的互不干扰的子信道，实际上就是把广播信道转变为点对点信道。

1. 频分多路复用(FDM)
2. 时分多路复用(TDM)
3. 波分多路复用(WDM)
4. 码分多路复用(CDM)

1. 频分多路复用(FDM)

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（频率带宽）资源。

2. 时分多路复用(TDM)

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帧中占用固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道。

注：可以理解时分多路为“并发”，频分多路为“并行”

3. 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。

4. 码分多路复用(CDM)

常用于无线局域网、蜂窝网

码分多址（CDMA）是码分复用的一种方式。1个比特分为多个码片/芯片（chip），每一个站点被指定一个唯一的m位的芯片序列，发送1时发送芯片序列(通常把o写成-1）。
发送1时站点发送芯片序列，发送o时发送芯片序列反码。

三、动态划分信道

（一）随机访问介质访问控制

在随机访问协议中，不采用集中控制方式解决发送信息的次序问题，所有用户能根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道全部速率。在总线形网络中，当有两个或多个用户同时发送信息时，就会产生帧的冲突（碰撞，即前面所说的相互干扰)，导致所有冲突用户的发送均以失败告终。为了解决随机接入发生的碰撞，每个用户需要按照一定的规则反复地重传它的帧，直到该帧无碰撞地通过。这些规则就是随机访问介质访问控制协议，它们的核心思想都是:胜利者通过争用获得信道，从而获得信息的发送权。因此，随机访问介质访问控制协议又称争用型协议。

常用的协议：ALOHA 协议、CSMA协议、CSMA/CD 协议和CSMA/CA协议等，

读者会发现，如果介质访问控制采用信道划分机制，那么结点之间的通信要么共享空间，要么共享时间，要么两者都共享;而如果采用随机访问控制机制，那么各结点之间的通信就可既不共享时间，也不共享空间。所以随机介质访问控制实质上是一种将广播信道转化为点到点信道的行为，如图3.18所示。

（1）ALOHA 协议

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。

可以理解为：当网络中的任何一个站点需要发送数据时，可以不进行任何检测就发送数据。如果在一段时间内未收到确认，那么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，直至发送成功。

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。

时隙 ALOHA 协议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。

3. 纯ALOHA协议 与 时隙ALOHA协议的比较

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

载波监听多路访问协议 CSMA（carrier sense multiple access）

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。

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。

载波监听的原理：
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。

协议思想：发送帧之前，监听信道。

1-坚持 CSMA

1-坚持CSMA思想：

如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。

1. 空闲则直接传输，不必等待。
2. 忙则一直监听，直到空闲马上传输。
3. 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

非坚持 CSMA

非坚持指的是对于监听信道忙之后就不继续监听。

非坚持CSMA思想：

如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。

1. 空闲则直接传输，不必等待。
2. 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。

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：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。

1. 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。
2. 忙则持续监听直到信道空闲再以p概率发送。

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。

缺点：发生冲突后还是要坚持把数据帧发送完，造成了浪费。

三种CSMA对比总结

（3）CSMA/CD 协议（碰撞检测）

有没有什么办法可以减少资源浪费，一冲突就能发现呢？这就涉及到碰撞检测。

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。 应用于：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。 应用于：半双工网络

CSMA/CD 协议的主要作用就是为了在检测到信号发送碰撞后及时停止发送。

1. 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，传播时延对载波监听有影响。

两段信号发生碰撞会发生信号错误，但是错误的信号会同样达到目的站点，通过差错控制明白信道监听出错。

最迟多久才能知道自己发送的数据没和别人碰撞？

只要经过 2t 时间（总线的端到端的往返传播时延）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

发生碰撞的第一步就是停止发生，为此如何确认碰撞后的重传机制是十分重要的。

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。（CSMA/CD 的作用就是为了信号发生碰撞时能够及时停止发送）

为此，需要定义一个最小帧长

最小帧长：帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延。

最小帧长 = 总线传播时延 x 数据传输速率 x 2

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

注意区别传播速率、传播时间、传输速率、传输时间。

• 传输速率指主机在数字信道上发送数据的速率，也称数据传输速率、数据率或比特率，单位是比特/秒（b/s)。更常用的速率单位是千比特/秒(kb/s)、兆比特/秒(Mb/s)、吉比特/秒(Gb/s)、太比特/秒(Tb/s)。
• 传播速率是指电磁波在信道中传播的速率，单位是米/秒(m/s)，更常用的单位是千米/秒(km/s)。电磁波在光纤中的传播速率约为2×108m/s.

（4）CSMA/CA 协议（碰撞避免）

载波监听多点接入/碰撞避免CSMA/CA（carrier sense multiple access with collision avoidance）

理解：CSMA/CD协议主要是用于有线信道， CSMA/CA应用于无线信道，为此有此两种协议。

1. CSMA/CA协议工作原理

2. CSMA/CD与CSMA/CA的异同点

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。

（二）轮询访问介质控制

令牌传递协议

总结：

【计算机网络】数据链路层（三）—— 介质访问控制相关推荐

1. 【计算机网络-数据链路层】介质访问控制协议（MAC协议）

   文章目录 1 静态划分信道--信道划分 MAC 协议 1.1 频分多路复用(FDM)--"并行" 1.2 时分多路复用(TDM)--"并发" 1.2.1 同步时 ...

2. 计算机网络——数据链路层之介质访问控制

   参考链接 CSKAOYAN.COM 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 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 ...

3. 计算机网络学习笔记之数据链路层的介质访问控制

   计算机网络学习笔记之数据链路层的介质访问控制 介质访问控制 信道划分介质访问控制 随机访问介质访问控制 ALOHA协议(不听就说) 纯ALOHA协议 时隙ALOHA协议 比较 CSMA协议(先听再说) ...

4. 物理层、数据链路层、介质访问控制子层

   物理层 物理层定义了比特作为信号在信道上发送时相关的电气.时序和其它接口,物理层是构建网络的基础. 数据通信理论基础:改变诸如电压或者电流等某种物理特性的方法可用来在电线上传输信息,如果用一个以时间t ...

5. 计算机网络知识点——4.介质访问控制子层

   概述: 多路访问链路(广播链路)采用共享介质连接所有站点.发送站点通过广播方式发送数据并占用整个共享介质的带宽.由于每个站点只需要一条网线接入网络就可以访问所有站点,这种网络一般安装简单,价格便宜.局 ...

6. 数据链路层的介质访问控制协议

   这个名称每次听着都很陌生,但是实际的协议,其实是很熟悉的东西.为什么会有这种感觉,我想应该是总结的层次不够抽象. 这里再次加以总结: 介质控制访问指代的是:广播信道中信道分配的协议属于数据链路的一个子 ...

7. 计算机网络·数据链路层.三个基本问题

   你能学到什么 数据链路层的三大问题是什么 一.封装成帧 二.透明传输 三.差错检测(☆) PPP协议里的透明传输 一.字节填充 二.零比特填充 数据链路层的三大问题是什么 一.封装成帧 简单地说就是数 ...

8. 计算机网络——数据链路层介质访问控制

   文章目录 前言 一.介质访问控制概述 二.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) 3.波分多路复用(WDM) 4.码分多路复用(CDM) 三.随机访问介质访问控制 ...

9. 【计算机网络】数据链路层 : 总结 ( 封装成帧 | 流量控制与可靠传输 | 差错控制 | 介质访问控制 | 局域网 | 广域网 | 数据链路层设备 ) ★★★

   文章目录 一.数据链路层 功能 二.封装成帧 ★ 三.流量控制 和 可靠传输 ★★ 1.停止等待协议 ★ 2.后退 N 帧 ( GBN ) 协议 ★ 3.选择重传 ( SR ) 协议 ★ 四.差错控制 ...

最新文章

1. 高等学校精品规划教材 计算机专业英语,计算机专业英语
2. 多线程：Vector是线程安全的吗
3. 【学习排序】 Learning to Rank中Pointwise关于PRank算法源码实现
4. 安卓编程用什么软件_震惊！安卓IOS都可以用的牛逼软件
5. 云现场 | 为什么说边缘计算是5G时代的必备品？
6. 创建维护计划时，提示“代理XP”组件已作为此服务器安全配置的一部分被关闭...
7. TF1与TF2的求和程序对比
8. 游戏软件性能测试怎么做？常规测试知识要点总结
9. SIGIR'21「微软」：强化学习过滤负样本噪声提升点击率
10. HTML显示波形,CSS3波形loading动画特效
11. 关于中国男女的一些私密数据......
12. Leetcode452. 用最少数量的箭引爆气球（排序+贪心）
13. 京瓷2211打印机清零_打印机墨粉盒清零的方法
14. 生产环境服务CPU飙升问题分析
15. 10个城市logo设计
16. 腾讯服务器解封微信号6,微信号封了怎么解封？微信号如何解封方法终于来了...
17. linux内核源码分析之proc文件系统（二）
18. 第一次搭建React项目以及错误：getaddrinfo ENOTFOUND registry.npmjs.org解决办法
19. 关闭iOS上京东app不停询问“京东想从MF839粘贴”，您允许这样做吗？ - 允许iphone应用访问剪切板
20. 笔记本购机测试软件大全

热门文章

1. 使用OZMTool制作 ozmosis BIOS
2. numpy中的reshape()函数
3. 创建现成的四种方式 多线程与并发的基本概念：
4. 颜色怎样搭配最好？网页颜色怎样搭配？
5. shell脚本——文本编辑器sed（详细讲解）
6. 基于粒子群算法的微电网优化调度应用研究（一、摘要及绪论）
7. 计算机 ip 地址分为那几类,什么是IP地址?由哪几部分构成?IP地址分为几类?
8. 发送端未知信道状态信息情况下MIMO系统容量仿真
9. sql2005 数据类型
10. Arrays.asList(T...)