第5章 链路层：链路、接入网和局域网 5.3 多路访问链路和协议

• 两种网络链路
  • 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。
  • 广播链路： 多个节点连接到一个共享的广播信道。 
• 多路访问问题：如何协调多个发送和接收节点对共享广播信道的访问。相关技术即是多路访问协议（也称多址访问协议，MAP）。
• 冲突：两个以上的节点同时传输帧，使接收方收不到正确的帧（所有冲突的帧都受损丢失）。
• 多路访问协议类型：信道划分协议，随机访问协议，轮流协议

一、信道划分协议

  1.时分多路访问TDMA

• 将时间划分为时间帧，每个时间帧再划分为N个时隙（长度保证发送一个分组），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。 

  2.频分多路访问FDMA

• 将总信道带宽 R b/s划分为 N 个较小信道（频段，带宽为R/N），分别分配给 N 个节点。

  3.码分多路访问CDMA

• 每个节点分配一个唯一的编码 
• 允许多个节点“共存” ，信号可叠加，即可以同时传输数据而无冲突 (编码 是“正交化”的) 

二、随机访问协议（ALOHA协议，CSMA协议，CSMA/CD，CSMA/CA ）

  1.基本思想

• 发送节点以信道全部速率（R b/s）发送
• 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，直到发送成功
• 节点间没有协调者 

  2.ALOHA协议

• 时隙ALOHA
  • 假设：
    • 所有帧大小相同；
    • 时间被划分为相同大小的时隙，一个时隙等于传送一帧的时间 ；
    • 节点需要同步；
    • 节点只能在一个时隙的开始才能传送 
  • 实现：
    • 当节点要发送新帧，它等到下一时隙开始时传送 
    • 没有冲突，节点可以在下一时隙发送新帧 
    • 如果有冲突，节点在随后的时隙以概率p重传该帧，直到成功为止。

（1,2,3分别在第4,8,9个时隙成功发送）

• 纯 ALOHA
  • 帧一到达，立即传输，不需同步 

  3.CSMA（载波侦听多路访问）

• 载波侦听：某个节点在发送之前，先监听信道。
  • 信道忙：有其他节点正往信道发送帧，该节点随机等待（回退）一段时间，然后再侦听信道。
  • 信道空：该节点开始传输整个数据帧。 
• 由于传播时延的存在，仍有可能出现冲突，并造成信道浪费。 

（局域网允许的距离越远，发生冲突的可能性越大）

  4.带冲突检测的CSMA(CSMA/CD) 

• 增加“载波侦听”和“冲突检测”两个规则。 
• 原理： 传送前侦听
  • 信道忙：延迟传送
  • 信道闲：传送整个帧
• 发送同时进行冲突检测：一旦检测到冲突就立即停止传输， 尽快重发。

• 以太网CSMA/CD的运行机制
  • 适配器从网络层获得一个数据报，封装成帧，准备发送；
  • 适配器侦听到信道空闲，开始传输帧；如果检测到信道繁忙，将等待一段时间，直到侦听到信道空闲，开始传输帧； 
  • 适配器在发送中检测到其它传送,就放弃传送，并发送一个拥塞信号；
  • 放弃传送后，适配器进入指数回退阶段：该帧经过n次冲突后，适配器在{0,1,2,…,2^m-1}中随机选取一个K值 ，其中m=min(n,10),然后等待K*512比特时间后,回到第2步（监听）。

三、轮流协议（轮询协议，令牌传递协议 ）

  1. 轮询协议 

• 首先从连入共享信道的节点中选择一个作为主节点，其余节点为从节点。 
• 主节点以循环的方式轮询每个节点。

  2.令牌传递

• 没有主节点，一个称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。
• 适用于环形单向网络。
• 当一个节点收到令牌时，仅当它有一些数据帧要发送时，它才持有这个令牌，否则，它立即向下一个节点转发该令牌。