第五章重点——多路访问协议

信道划分协议

TDM:时分多路复用
FDM:频分多路复用
CDMA:码分多址

TDM

假设一个支持N个结点的信道且信道的传输速率为R bps。TDM将时间划分为时间帧(time frame)，并进一步划分每个时间帧为N个时隙(slot)。然后把每个时隙分配给N个节点中的一个。无论何时某个节点在有分组要发送的时候，它在循环的TDM帧中指派给它的时隙内传输分组比特。通常，选择的时隙长度应
使一个时隙内能够传输单个分组。
评价：
TDM是有吸引力的，因为它消除了碰撞而且非常公平:每个节点在每个帧时间内得到了专用的传输速率R/N bps。然而它有两个主要缺陷。首先，节点被限制于R/N bps的平均速率，即使当它是唯一有分组要发送的节点时。其次，节点必须总是等待它在传输序列中的轮次，即我们再次看到，即使它是唯一 个有帧要发送的节点。

FDM

FDM将Rbps信道划分为不同的频段具有R/N带宽)，并把每个频率分配给N个节点中的一个。因此FDM在单个较大的R bps信道中创建了N个较小的R/N bps信道。
评价：
FDM也有TDM同样的优点和缺点。它避免了碰撞，在N个节点之间公平地划分了带宽。然而，FDM也有TDM所具有的主要缺点，也就是限制一个节点只能使用R/N的带宽，即使当它是唯一一个有分组要发送的节点时。

CDMA

第三种信道划分协议是码分多址( Code Division Multiple Access, CDMA)。 CDMA对每个节点分配一种不同的编码。然后每个节点用它唯一的编码来对它发送的数据进行编码。如果精心选择这些编码，CDMA网络具有一种奇妙的特性，即不同的节点能够同时传输，并且它们各自相应的接收方仍能正确接收发送方编码的数据比特( 假设接收方知道发送方的编码)，而不在乎其他节点的干扰传输。

随机接入协议

在随机接人协议中，一个传输节点总是以信道的全部速率(即R bps) 进行发送。当有碰撞时，涉及碰撞的每个节点反复地重发它的帧(也就是分组)，到该帧无碰撞地通过为止。但是当一个节点经历一次碰撞时，它不必立刻重发该帧。相反，它在重发该帧之前等待一个随机时延。涉及碰撞的每个节点
独立地选择随机时延。

时隙ALOHA

操作过程

• 当节点有一个新帧要发送时，它等到下一个时隙开始并在该时隙传输整个帧。
• 如果没有碰撞，该节点成功地传输它的帧，从而不需要考虑重传该帧。(如果该节点有新帧，它能够为传输准备一个新帧。)
• 如果有碰撞，该节点在时隙结束之前检测到这次碰撞。该节点以概率p在后续的每个时隙中重传它的帧，直到该帧被无碰撞地传输出去。

ALOHA

在纯ALOHA中，当一帧首次到达(即一个网络层数据报在发送节点从网络层传递下来)，节点立刻将该帧完整地传输进广播信道。如果-一个传输的帧与一个或多个传输经历了碰撞，这个节点将立即(在完全传输完它的碰撞帧之后)以概率p重传该帧。否则，该节点等待一个帧传输时间。在此等待之后，它则以概率p传输该帧，或者以概率1 -p在另一个帧时间等待( 保持空闲)。

CSMA

载波侦听( carrier sensing)，即一个节点在传输前先听信道。如果来自另一个节点的帧正向信道上发送，节点则等待直到检测到一小段时间没有传输，然后开始传输。
称为碰撞检测( collision detection)，即当一个传输节点在传输时一直在侦听此信道。如果它检测到另
一个节点正在传输干扰帧，它就停止传输，在重复“侦听-当空闲时传输”循环之前等待一段随机时间。

CSMA/CD(具有碰撞检测的载波侦听多路访问协议)

1)适配器从网络层一条获得数据报，准备链路层帧，并将其放人帧适配器缓存中。
2)如果适配器侦听到信道空闲(即无信号能量从信道进入适配器)，它开始传输帧。在另一方面，如果适配器侦听到信道正在忙，它将等待，直到侦听到没有信号能量时才开始传输帧。
3)在传输过程中，适配器监视来自其他使用该广播信道的适配器的信号能量的存在。
4)如果适配器传输整个帧而未检测到来自其他适配器的信号能量，该适配器就完成了该帧。在另一方面，如果适配器在传输时检测到来自其他适配器的信号能量，它中止传输(即它停止了传输帧)。
5)中止传输后，适配器等待一个随机时间量， 然后返回步骤2。

轮流协议

轮询协议
轮询协议要求这些节点之一要被指定为主节点。主节点以循环的方式轮询(poll) 每个节点。特别是，主节点首先向节点1发送一个报文，告诉它(节点1)能够传输的帧的最多数量。在节点1传输了某些帧后，主节点告诉节点2它(节点2).能够传输的帧的最多数量。(主节点能够通过观察在信道上是否缺乏信号,来决定一个节点何时完成了帧的发送。).上述过程以这 种方式继续进行，主节点以循环的方式轮询了每个节点。
评价
轮询协议消除了困扰随机接人协议的碰撞和空时隙，这使得轮询取得高得多的效率。但是它也有一些缺点。第一个缺点是该协议引人了轮询时延，即通知一个节点“它可以传输”所需的时间。例如，如果只有一个节点是活跃的，那么这个节点将以小于R bps的速率传输，因为每次活跃节点发送了它最多数量的帧时，主节点必须依次轮询每一个非活跃节点。第二个缺点可能更为严重，就是如果主节点有故障，整个信道都变得不可操作。
令牌传递协议
一个称为令牌(token)的小的特殊帧在节点之间以某种固定的次序进行交换。例如，节点1可能总是把令牌发送给节点2，节点2可能总是把令牌发送给节点3，而节点N可能总是把令牌发送给节点1。当一个节点收到令牌时，仅当它有一些帧要发送时，它才持有这个令牌;否则，它立即向下一个节点转发该令牌。当一个节点收到令牌时，如果它确实帧要传输，它发送最大数目的帧数，然后把令牌转发给下一个节点。令牌传递是分散的，并有很高的效率。
评价
它有自己的一些问题。例如，一个节点的故障可能会使整个信道崩溃。或者如果一个节点偶然忘记了释放令牌，则必须调用某些恢复步骤使令牌返回到循环中来。