數據鏈路層(5) 動態分配信道 ALOHA協議、CSMA協議、CSMA/CD協議、CSMA/CA


一、動態分配信道

  動態分配信道是信道並非在用戶通信時固定分配給用戶的。

 

  動態分配信道,可以分為輪詢訪問控制  令牌傳遞協議;隨機訪問介質訪問控制 ALOHA協議、CSMA協議、CSMA/CD協議、CSMA/CA協議

  隨機訪問介質訪問控制:所有用戶可隨機發送信息,發送信息時占全部帶寬。就是因為用戶可以隨機發送信息,所以就需要相關的控制協議來協調通信雙方信息的發送。

 

二、ALOHA協議

  ALOHA協議又可以分為兩種純ALOHA協議和時隙ALOHA協議

 

  (1)ALOHA協議

    ALOHA協議是不監聽信道,不按時間槽發送,隨機重發。圖例:

    

    ALOHA協議如何檢測沖突呢?

      如果發生沖突,接收方會檢測出差錯,不回復確認幀,發送方在一定時間內收不到確認幀,就會判斷發生了沖突。

    ALOHA協議如何如何處理沖突?

      超時后等一隨機時間再重傳。

  

  (2)時隙ALOHA協議

    時隙ALOHA協議的思想就是把時間分成若干個相同的同間片,所有用戶在時間片開始時刻同步接入網絡信道,若發生沖突,則必須等到下一個時間片開始時刻再發送。

    

    當每個站點在發送數據的時候,只能在一個時間片的開始來發送,如(站點1和站點2 只對應自己的T0,從圖上可以看到他們在時間上並不交叉),當數據發送時沒有發生沖突,那么在單位的時間T0內,接收方就可以正確接收數據;當數據發生沖突時,在一個T0的時隙內,發送方沒有收到確認幀,那么發送方判斷發生了沖突,發送方會在下一個時間片開始再次重傳。

  

  ALOHA協議與時隙ALOHA協議的區別

  (1)ALOHA協議比時隙ALOHA協議吞吐量更低,效率更低。

  (2)ALOHA協議是想發就發,時隙ALOHA協議只有在時間片開始時才能發。

  

三、CSMA協議

  CSMA協議叫載波監聽多路訪問協議。CS載波偵聽/監聽:每一個站在發送數據之前要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據。(當幾個站同時在總線上發送數據時,總線上的信號電壓擺動值將會增大,互相疊加,當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定門限值時,就認為總線上至少有兩個站同時在發送數據,表明產生了碰撞,即發生了沖突。)MA多點接入:表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。

  

  根據CSMA協議的思想,發送數據幀之前,監聽信道。監聽的結果有兩種一種是信道空閑則立刻發送無整數據幀;另一種是信道忙推遲發送數據幀。根據什么時候發送數據以及需要推遲多久,有三種不同的協議,分別是1-堅持CSMA、非堅持CSMA、p-堅持CSMA。

  

  (1)1-堅持CSMA

    1-堅持CSMA:如果一個主機要發送消息,那么它先監聽信道。

    1)如果信道空閑則直接傳輸,不必等待。

    2)如果信道忙則一直監聽,直到空閑馬上傳輸

    3)如果有沖突,則等待一個隨機長的時間再監聽,重復上述過程。

    優點:只要信道空閑,站點馬上發送信息,提高了信道的利用率;

    缺點:如果有兩個或兩個以上的站點有數據要發送,沖突就不可避免。

 

  (2)非堅持CSMA

    非堅持CSMA:如果一個主機要發送消息,那么它先監聽信道。

    1)如果信道空閑則直接傳輸,不必等待。

    2)如果信道忙則等待一個隨機的時間之后再進行監聽

    優點:采用隨機的重發延遲時間可以減少沖突發生的可能性。

    缺點:可能存在站點都在延遲等待,使得信道可能處於空閑狀態,信衜的利用率低。

 

  (3)p-堅持CSMA

    p-堅持CSMA指的是對監聽信道空閑的處理。

    p-堅持CSMA:如果一個主機要發送消息,那么它先監聽信道。

    1)空閑則以p概率直接傳輸,不必等待;概率1-p等待到下一個時間片再傳輸。

    2)如果信道忙則等待一個隨機的時間之后再進行監聽(與非堅持CSMA一致)。

    優點:既能像非堅持那樣減少沖突,又能像1-堅持CSMA那樣提高信道的利用率。

    缺點:發生沖突后還是要堅持把數據幀發送發,會造成信道浪費

    

  三種CSMA方式的對比

    

 

四、CSMA/CD協議 

  信道划分介質訪問控制協議,有四種控制的方法,1、頻分多路復用FDM;2、時分多路復用TDM;3、波分多路復用WDM;4、碼分多路復用CDM。這四種協議有一些共同的特點,就是網絡負載重時,共享信道效率很高,因為這幾種協議都是對信道進行均分;但是在網絡負載輕時,則共享信道的效率就很低,因為很多的信道被占用了,但是使用率不高。 

  隨機訪問控制協議,如隨機訪問介質訪問控制 ALOHA協議、CSMA協議,則根據用戶隨機發送信息,發送信息時可以獨占信道帶寬,當網絡負載重時,容易發生沖突而占用信道開銷;但在網絡負載輕時,共享信道效率高,單個結點可以利用全部信道帶寬

 

  CSMA/CD也叫輪詢訪問MAC協議,它可以檢測出碰撞、沖突,主要應用於有線以太網。它既不產生沖突,發送數據時又可以占全部帶寬

  CSMA/CD協議輪詢“邀請”從屬結點發送數據,主要問題有:1.輪詢開銷、2.等待延遲(指還沒有輪詢到的主機有數據也不能發)、3.單點故障(指網絡的指揮官輪詢主機發生故障)

  

  注:如果連續發生16次碰撞后,認為網絡繁忙,不再嘗試發送

 

 五、CSMA/CA協議

  載波監聽多點接入/碰撞避免CSMA/CA協議,它可以避免碰撞,不能檢測碰撞,主要應用於無線局域網。

 

  為什么有了CSMA/CD協議還需要CSMA/CA協議?

  主要的問題是CSMA/CD協議不可能做到在無線局域網范圍內,全面檢測沖突和碰撞,另外的問題,就是隱蔽站的問題。

  

  什么是隱蔽站問題?

  當A和C都檢測不到信號,認為信道空閑時,同時向B發送數據幀,就會導致沖突。

  

  CSMA/CA協議工作原理

  (1)發送數據前,先檢測信道是否空閑。

  (2)空閑就發出請求發送數據幀RTS(request to send),RTS包括發射端的地址、接收端的地址、數據將持續發送的時間等信息,信道忙則等待。

  (3)接收端收到RTS后,會響應請求數據幀CTS(clear to send)。

  (4)發送端收到CTS后,開始發送數據幀(同時預約信道,發送方告知其他站點自己對信道的占用時間)

  (5)接收端收到數據幀后,用采用CRC來檢驗數據是否正確,正確則回復ACK幀。

  (6)發送方收到ACK幀后就進行下一幀數據的發送,若沒有收到則重傳直至規定的次數為止。(采用二進制指數退避算法來確定隨機的推遲時間)。

   注:RTS與CTS數據幀主要用於解決隱蔽站的問題。

 

  CSMA/CA協議總結

  (1)預約信道  (2)ACK確認幀  (3)RTS/CTS幀。

 

  CSMA/CD與CSMA/CA的區別

  相同點:

  CSMA/CD與CSMA/CA都是基於CSMA的思路,其核心是先監聽再傳輸。

  不同點:

  (1)CSMA/CD主要用於總線型以太網,CSMA/CA主要用於無線局域網。

  (2)載波檢測方式不同,CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測,當數據發生碰撞時,電纜中的電壓會隨着發生變化;而CSMA/CA采用能量檢測(ED)、載波檢測(CS)和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。

  (3)CSMA/CD可以檢測沖突,CSMA/CA是避免沖突,二者出現沖突后都會進行有上限的重傳

  

六、令牌傳遞協議

  以下是令牌環網的基本結構:

    

  這個令牌環網由四台PC組成,分別是主機A、主機B、主機C、主機D,TCU轉發器就是一個傳遞數據幀的轉發接口,它可以轉發所有經過的數據幀。

  那么令牌是什么呢?它是一個特殊格式的MAC控制幀,不含任何信息。它可以控制信道的使用,確保同一時刻只有一個結點獨占信道。那么令牌環網就無碰撞也沒有沖突,因為,在同一時刻,只有某一台主機可以獲得令牌,那么才可以獨占信道。

  令牌環網的傳遞過程:每個結點都可以在一定的時間內(令牌持有時間)獲得發送數據的權利,並不是無限制的持有令牌。

  令牌環網的問題有:1.令牌開銷、2.等待延遲、3.單點故障。

  令牌環網的應用:主要應用於令牌環網(物理星型拓撲,邏輯環形拓撲),采用令牌傳送方式的網絡常常是負載較重、通信量較大的網絡。

 


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM