多路访问协议
多路访问:多个发送/接收结点同时使用广播信道,协调它们共享一个信道的方式。
局域网环境,密集端系统通常使用多路访问方式
应用于信道资源紧缺,大量端系统或者频繁访问网络,或者以较小概率访问网络
要求
共享单一广播信道
两个或更多结点并行传输,相互干扰
碰撞:如果结点同时接收到两个或更多信号
共享信道的通信必须使用信道本身!
不能用带外信道来协调
理想的多路访问协议
速率R bps的广播信道
- 当只有一个结点时,能够以速率R发送
- 当有M个结点时,每个能以平均速率R/M发送
- 分布式:
无特殊结点来协调传输
无同步时钟、时隙 - 简单
多路访问MAC协议
分类
信道划分
将信道划分为较小的“段” (时隙,频率,编码)
为每个结点分配一部分专用
轮流
结点轮流,信息较多的轮流发送的时间较长
随机访问
不划分信道,允许碰撞
设法从“碰撞”恢复
信道划分
MAC协议: TDMA
TDMA: 时分多路访问
“循环”访问信道
每个站点在每个循环中获得固定长度时隙(长度=分组传输时间)
不使用的时隙则空闲
例子:6个站点的LAN, 时隙1、3、4 有分组, 时隙2、5、6 空闲(浪费)
MAC协议: FDMA
FDMA: 频分多路访问
信道频谱划分为频带
每个站点分配固定的频带
频带中未使用的传输时间空闲
例子: 6个站点的LAN, 频带1、3、4 有分组, 频带2、5、6 空闲(浪费)
FDM和TDM特点
消除了碰撞且公平
结点在每个帧时间内得到了专用的传输速率R/N bps
若系统仅有少数几个有大量分组要发送的结点
分配的频率或时隙被浪费
适合场合
所有结点都持续有大量数据发送
CDMA是另一种信道划分协议
两种轮流 MAC协议
适用于希望共享信道但却无法预测访问结点的数量的场景
- 令牌传递(无中心):
控制令牌从一个结点顺序地传递到下一个令牌报文
关注问题:令牌开销 ,时延,单点故障(令牌消失)
适用于希望共享信道但却无法预测访问结点的数量的场景 - 轮询(有中心):
主结点“邀请”从结点依次传输
关注问题:轮询开销,时延,单点故障(主结点)
随机访问协议
- 大量结点以小概率发送分组
以信道全部速率R传输
结点间无优先权协调 - 两个或更多传输结点发送➜ “碰撞”(小概率)
- 随机访问MAC协议定义了:
如何检测碰撞
如何从碰撞中恢复 (例如,经延迟后重新传输) - 随机访问MAC协议的实例:
ALOHA
时隙ALOHA
CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA
三.多路访问协议比较
- 信道划分MAC协议
在高负载时高效、公平地共享信道
低负载时低效:信道访问中延时,当1个活跃结点时,甚至仅有分配了 1/N 带宽! - 随机访问MAC协议
低负载是有效:单个结点能够全面利用信道
高负载:碰撞开销大 - 轮流协议
兼有两方面的优点!
对共享媒体需要做:
- 信道划分, 通过时间、频率或编码
时分, 频分 - 轮流
从中心站点轮询,令牌传递 - 随机划分 (动态的),
ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD
载波侦听: 在某些技术(有线)中容易,在另一些(无线)中困难
CSMA/CD 用在以太网中
CSMA/CA 用在 802.11中