随机访问介质访问控制

随机访问介质访问控制的特点

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，所有用户都能根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道的全部速率。在总线形网络中，当有两个或多个用户同时发送信息时，就会产生帧冲突(也称碰撞),导致所有冲突用户的发送均以失败告终。为了解决随机访问发生的冲突，每个用户需要按照一定的规则反复地重传它的帧，直到该帧无冲突地通过，这些规则就是随机访问介质访问控制协议，其核心思想是：胜利者通过争用获得信道，进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。
可见，若采用信道划分机制，则结点之间的通信要么共享空间，要么共享时间，要么共享空间和时间；而若采用随机访问控制机制，则 结点之间的通信既不共享时间，又不共享空间。 因此，随机介质访问控制实质上是一种将广播信道转换为点到点信道的机制。

ALOHA协议

纯ALOHA协议

纯 ALOHA协议的基本思想是，当总线形网络中的任何站点需要发送数据时，可以不进行任何检测就发送数据。若在一段时间内未收到确认，则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。

发生冲突的各站都必须进行重传，但并不能马上进行重传，因为这样做必然导致继续发生冲突。因此，让各站等待一段随机的时间，然后进行重传。若再次发生冲突，则需要再等待一段随机的时间，直到重传成功为止。

时隙ALOHA协议

时隙 ALOHA协议同步各站点的时间，将时间划分为一段段等长的时隙(Slot),规定站点只能在每个时隙开始时才能发送帧，发送一帧的时间必须小于或等于时隙的长度。这样做避免了用户发送数据的随意性，降低了产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。

CSMA协议

ALOHA 网络发生冲突的概率很大。若每个站点在发送前都先监听公用信道，发现信道空闲后再发送，则会大大降低冲突的可能性，从而提高信道的利用率，载波监听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)协议依据的正是这一思想。CSMA协议是在ALOHA协议基础上提出的一种改进协议，它与ALOHA协议的主要区别是多了一个载波监听装置。主要有以下三种

CSMA/CD协议

CSMA/CD协议的具体细节详见王道书P83，谢书P87，在这里我们主要对信道发送冲突的最短、最长时间，CSMA/CD协议的最短帧长的理解和计算进行分析

信道发生冲突的最短、最长时间的分析

电磁波在总线上的传播速率总是有限的。因此，当某时刻发送站检测到信道空闲时，信道不一定空闲。如图3.21所示，设τ为单程传播时延。当t=0时，A站发送数据。当t=τ-δ时，A站发送的数据还未到达B站，因为B站检测到信道空闲而发送数据。经过时间δ/2后，即当t=τ-δ/2时，A站发送的数据和B站发送的数据发生冲突，但这时A站和B站都不知道。当t=τ时，B站检测到冲突，于是停止发送数据。当t=2τ-δ时，A站检测到冲突，也停止发送数据。显然，CSMA/CD中的站不可能同时进行发送和接收，因此采用CSMA/CD协议的以太网只能进行半双工通信。

最先发送数据的A站，在发送数据帧后最多经过时间2τ后就能检测到是否发生了冲突，这就是δ \(\to\) 0 的情况，所以以太网的端到端往返时间2τ称为争用期，它是一个很重要的参数，争用期又称为碰撞窗口。只有在经过争用期这段时间还没有检测到冲突，才能肯定这次发送不会出现碰撞，可以放心地把这一帧数据发送完毕

CSMA/CD协议的最短帧长的理解和相关计算

考虑这样一种情况，某个站发送了一个很短的帧，但在发送完毕之前没有检测出碰撞。假定这个帧在继续向前传播到达目的站之前和别的站发送的帧发生了碰撞，因而目的站将收到这个有差错的帧(当然会把他丢弃)。可是发送站却不知道这个帧发生了碰撞，因而不会重传这个帧。这种情况显然是我们不希望的。为了避免出现这种情况，以太网规定了一个最短帧长64字节，即512比特。如果要发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节

强化碰撞：当发生数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送32比特或者48比特的认为干扰信号，以便让所有的用户都知道现在发生了碰撞

这一个章节的内容非常重要，复习到这里时一定要回看以下谢书的91页