链路层概述
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多路访问链路和协议
0.导入
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两种类型的网络链路
- 点对点链路
- 广播链路
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对于广播链路要讨论多路访问问题:如何协调多个发送和接收结点对一个共享广播信道的访
问，这就是多路访问问题( multiple access problem) 。 -
多路访问协议规范它们在共享的广播信道上的传输行为
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碰撞
- 因为所有的结点都能够传输帧，所以多个结点可能会同时传输帧 。 当发生这种情况时，所有结点同时接到多个帧;这就是说，传输的帧在所有的接收方处碰撞( collide)
- 通常，当碰撞发生时，没有一个接收结点能够有效地获得任何传输的帧
1. 信道划分协议
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时分多路复用 (TDM)
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原理
- 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 个结点中的一个
- 无论何时某个结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 。
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优势
- 消除了碰撞而且非常公平
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缺点
- 结点被限制于 RlNbps 的平均速率，即使当它是唯一有分组要发送的结点时 。
- 结点必须总是等待它在传输序列中的轮次，即我们再次看到，即使它是唯一一个有帧要发送的结点
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频分多路复用 (FDM)
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原理
- FDM 在单个较大的 R bps 信道中创建了 N 个较小的 RIN bps 信道
- FDM 将 R bps 信道划分为不同的频段并把每个频率分配给 N 个结点中的一个 。
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优势
- 消除了碰撞而且非常公平
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缺点
- 限制一个结点只能使用 RIN 的带宽，即使当它是唯一一个有分组要发送的结点时· 。
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码分多址 (Code Division Multiple Access , CDMA)
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CDMA 对每个结点分配一种不同的编码 。 然后每个结点用它唯一的编码来对它发送的数据进行编码。
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如果精心选择这些编码， CDMA 网络具有一种奇妙的特性，即不同的结点能够同时传输，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) ，而不在乎其他结点的干扰传输 。
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CDMA 已经在军用系统中使用了一段时间(由于它的抗干扰特性) .
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2. 随机接入协议
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原理
- 在随机接人协议中，一个传输结点总是以信道的全部速率(即 R bps) 进行发送 。
- 当有碰撞时，涉及碰撞的每个结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。
- 但是当一个结点经历一次碰撞时，它不必立刻童发该帧。相反，它在重发该帧之前等待一个随机时延。涉及碰撞的每个结点独立地选择随机时延 。
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ALOHA协议
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时隙ALOHA
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原理
- 令 p 是一个概率，即一个在 0 和 1 之间的数
- 当结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，该结点成功地传输它的帧，从而不需要考虑重传该帧 。 (如果该结点有新帧，它能够为传输准备一个新帧 。 )
- 如果有碰撞，该结点在时隙结束之前检测到这次碰撞 。 该结点以概率 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 。
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优势
- 当只有唯一活跃的结点时允许其全速传输
- 高度分散，各个结点的操作自行决定
- 协议简单
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成功时隙和效率
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定义
- 刚好有一个结点传输的时隙称为一个成功时隙( successful slot)
- 时隙多路访问协议的效率 (effeiency) 定义为:当有大量的活跃结点且每个结点总有大量的帧要发送时，长期运行中成功时隙的份额 。
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效率
- 假设有 N 个结点。则一个给定时隙是成功时隙的概率为结点之一传输而余下的 N -1个结点不传输的概率
- 一个给定结点成功传送的概率是 p( 1 - p) ^(N-1)
- 因为有 N 个结点，任意一个结点成功传送的惭率是 Np( 1 - p) ^(N-1)
- 当有 N 个活跃结点时，时隙 ALOHA 的效率是 Np( 1 - p) ^(N-1)
- 协议的最大效率为 l/e =0. 37
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纯ALOHA
- 前一个 ALOHA 协议[Abramson 1970 ] 实际上是一个非时隙、完全分散的协议。
- 在纯 ALOHA巾，当一帧首次到达(即一个网络层数据报在发送结点从网络层传递下来) .结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，这个结点将立即(在完全传输完它的碰撞帧之后)以概率 p 重传该帧。 否则，该结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)。
- 一个给定的结点成功传输一次的概率是 p( 1 -p)^2(N-1) 。 通过与时隙 ALOHA 情况一样来取极限，我们求得纯 ALOHA 协议的最大效率仅为1I(划，这刚好是时隙 ALOHA 的一半 。
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载波侦听多路访问（CSMA）协议
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ALOHA的缺点
- 在时隙和纯 ALOHA 巾，一个结点传输的决定独立于连接到这个广播信道上的其他结点的活动,就像鸡尾酒会上喋喋不休而不管其他人是否要讲话的粗鲁的客人
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载波侦昕多路访问( Ca.rrier Sense Mult:iple Access , CSMA)
- 对于CSMA,即使有监听,但由于传输比特的时间差,仍然可能产生碰撞
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具有碰撞检测的 CSMA(CSMA wi山 Collisjon Detection, CSMA/CD)
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运行
- 1)适配器从网络层一条挟得数据报，准备链路层帧，并将其放入帧适配器缓存中 。
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- 如果适配器侦听到信道空闲(即元信号能量从信道进入适配器) ，它开始传输帧。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 。
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- 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 。
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- 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) 。
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- 中止传输后，适配器等待一个随机时间量，然后返回步骤 2 0
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随机时间量
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等待一个随机(而不是罔定)的时间量的需求是明确的一一如果两个结点同时传输帧，然后这两个结点等待相同固定的时间量，它们将持续碰撞下去
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随机时间的确定(二进制指数后退)
- 当传输一个给定帧时，在该帧经历了一连串的几次碰撞后，结点随机地从 10 ， 1, 2 ，…， γ-11 中选择一个 K 值 。
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效率
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当只有一个结点有一个帧发送时，该结点能够以信道全速率进行传输
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如果很多结点都有帧要发送，信道的有效传输速率可能会小得多
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定义 CSMAlCD 效率 (efficiency of CSMA/CD) 定义
- 当有大量的活跃结点，且每个结点有大量的帧要发送时，帧在信道中元碰撞地传输的那部分时间在长期运行时间中所占的份额 。
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效率近似式
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3. 轮流协议
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轮询协议
- 要求这些结点之一要被指定为主结点 。 主结点以循环的方式轮询 ( poll ) 每个结点 。
- 主结点首先向结点 l 发送一个报文，告诉它(结点 1 )能够传输的帧的最多数量。
- 在结点 l 传输了某些帧后，主结点告诉结点 2 它(结点 2) 能够开始传输了.
- 传输的帧的最多数量 。 (主结点能够通过观察在信道上是否缺乏信号，来决定一个结点何时完成了帧的发送。 )
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令牌传递协议
- 在这种协议中没有主结点 。一个称为令牌 (loken) 的小的特殊帧在结点之间以某种固定的次序进行交换 。
- 结点 1 可能总是把令牌发送给结点 2 ，结点 2 可能总是把令牌发送给结点 3 ，而结点 N 可能总是把令牌发送给结点 1 。
- 当一个结点收到令牌时，仅当它有一些帧要发送时，它才持有这个令牌!.;再则，它立即向下一个结点转发该令牌 。
- 当一个结点收到令牌时，如果它确实有帧要传输，它发送最大数目的帧数，然后把令牌转发给下一个结点
- 令牌传递是分散的，井有很高的效率 。
- 一个结点的故障可能会使整个信道崩溃 。
- 如果一个结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
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ps:我发现百度百科和我今天整理的笔记相似度达90以上. /黑脸