408计算机网络学习笔记——3.5随机访问介质控制（2）

随机访问介质控制

1. 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。（想发就发）
   
   纯ALOHA协议的每个节点在任何时间都可以发送数据。
   此处的T0既包括传输时间，也包括传播时间。如果在信道上有多个站点在发送数据就会造成冲突。如果发生冲突，接收方就会检测出差错，然后不予确认，发送方在一定时间内收不到就会判断发生冲突。
   冲突如何解决？
   超时后等一随机时间再重传。

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。（控制想发就发的随意性）
   
   每个站点只能在时间片/时间槽的开始发送帧，就类似强迫症患者必须在整点做啥事。如果发生冲突，还是要进行超时重传。

3. 关于ALOHA协议要记住的事情
   a.纯ALOHA协议比时隙ALOHA协议吞吐量更低，效率更低。吞吐量是指在一段时间内成功发送的平均帧数。纯ALOHA协议是完全的随机发送，这种发送很容易冲突，而时隙ALOHA协议发生冲突概率较低。
   b.纯ALOHA协议是想发就发，时隙ALOHA协议只有在时间片段开始时才能发。

4. CSMA协议
   载波监听多路访问协议（CSMA协议）
   CS是指载波监听，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。检测的方式就是检测电压的摆动值，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。
   MA是指多点接入，即许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
   CSMA的协议思想：发送帧之前，监听信道。
   
   4.1 1-坚持CSMA
   坚持是指对于监听信道忙之后的坚持。
   1-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送信息，那么它先监听信道。空闲则直接传输，不必等待。忙则一直监听，直到空闲马上传输。
   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2个或2个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。

4.2 非坚持CSMA
非坚持是指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。空闲则直接传输，不必等待；忙则等待一个随机的时间时候再进行监听。
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。

4.3 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。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。忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。
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。

三种CSMA的对比总结

4.4 CSMA/CD协议与CSMA/CA协议
CSMA/CD是对碰撞的检测，CSMA/CD是对碰撞的避免。
CSMA/CA协议：载波监听多点接入、碰撞避免（Avoidance）CA只能避免碰撞，不能检测碰撞
CSMA/CA协议用于无线局域网，CSMA/CD协议用于总线式以太网

此处C对于A就是一个隐蔽站，A并不知道C也要给B发送数据。
CSMA/CA协议的工作原理
发送数据前，先检测信道是否空闲。
空闲则发出RTS（request to send)，RTS包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息；信道忙则等待。
接收端收到RTS后，将响应CTS（clear to send)。
发送端收到CTS后，开始发送数据帧（同时预约信道：发送方告知其他站点自己要传多久数据）。
接收端收到数据帧后，将采用CRC来检验数据是否正确，正确则响应ACK帧。
发送方收到ACK后就可以进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传至规定重发次数为止。（采用二进制指数退避算法来确定随机的推迟时间）
CSMA/CA的优势：1.预约信道2.ACK帧3.RTS和CTS帧（可选，用于解决隐蔽站问题）
CSMA/CD与CSMA/CA的比较
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，2个在接入信道之前都需要进行监听。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）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协议检测冲突，CSMA/CA协议避免冲突，二者出现冲突后都会进行有上限（次数上限，如CSMA/CD的重传次数上限是16次）的重传。

5. 轮询访问介质访问控制

信道划分介质访问控制协议基于多路复用技术划分资源，在网络负载重的情况下共享信道效率很高且公平；在网络负载轻的情况下共享信道效率低。

随机访问MAC协议中，用户根据意愿随机发送信息，发送信息可以独占信道带宽。在网络负载重的情况下会产生冲突开销，在网络负载轻的情况下共享信道效率高，单个节点可以利用信道全部带宽。

轮询访问MAC协议/轮流协议/轮转访问MAC协议：
结合了信道划分与随机访问的优点，即不发生冲突，又要发送时占全部带宽。

注：只有随机访问MAC协议会发生冲突，轮询访问协议和信道划分协议都不会发生冲突。

轮询访问介质访问控制包含轮询协议与令牌传递协议。

轮询协议：主结点轮流邀请从属结点发送数据。
轮询协议存在的问题：1.轮询开销2.等待延迟3.单点故障

令牌传递协议：

令牌环网在逻辑上是环形结构，物理上是星型。
TCU是传递数据帧的转发接口。
令牌是一个特殊格式的MAC控制帧，不包含任何信息。令牌可以控制信道的使用，确保同一时刻只有一个结点独占信道。令牌环网无碰撞，因为每次只有一个主机拥有令牌。

每个结点都可以在一定时间内（令牌持有时间）获得发送数据的权力，并不是无限制地持有令牌。

令牌传递协议的问题：1.令牌开销2.等待延迟3.单点故障

令牌传递协议应用于令牌环网（物理星型拓扑，逻辑环形拓扑）。采用令牌传送方式的网络常用于负载较重，通信量较大的网络中。

MAC协议总结：