计算机网络(二十九):多路访问链路和协议

①、点对点链路:

由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成。很多链路层协议都是为点对点链路涉及的,如点对点协议(PPP)和高级数据链路控制(HDLC)

②、广播链路:

能够让多个发送和接收结点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。这里使用的“广播”是因为当任何一个结点传输一个帧时,信道广播该帧,每个其他结点都收到一个副本。以太网和无线局域网是广播链路层技术的例子。
简单地讲,就是一个是两人交谈,一个是一人演讲,但这里是不同的物理链路,而不是不同的方式
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。
简单地讲,就是如何把两人式的网络与广播式的网络连接起来
多路访问协议,即结点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为。
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,也就是说,传输的帧在所有的接收方处碰撞了。通常,当碰撞发生时,没有一个接收节点能够有效地获得任何传输地帧;在某种意义下,碰撞帧地信号纠缠在一起。
在理想情况下,对于速率为 Rbps 地广播信道,多路访问协议应该具有以下所希望的特性:
·当仅有一个结点有数据发送时,该结点具有 Rbps 的吞吐量;
·当有 M 个结点要发送数据时,每个结点吞吐量为 R/Mbps。这不必要求 M 节点中的每一个结点总是有 R/M 的瞬间速率,而是每个结点在一些适当定义的时间间隔内应该有 R/M 的平均传输速率
·协议是分散的,这就是说不会因某主节点故障而使整个系统崩溃
·协议是简单的,使实现不昂贵。

1、信道划分协议:

多路复用技术。包括时分多路复用TDM和频分多路复用FDM。

①、TDMA

:“周期性”接入信道。每个站点在每个周期,占用固定长度的时隙(长度=分组传输时间)。未用时隙空闲。优点:消除了碰撞;非常公平,每个结点在每个帧时间内得到了专用的传输速率 R/N bps。缺点:结点被限制于 R/N bps 的平均速率,即使当它是唯一有分组要发送的结点时;结点必须总是等待它在传输序列中的轮次。

②、FDMA

:信道频谱划分为若干频带。每个站点分配一个固定的频带。无传输频带空闲。优点:避免了碰撞,在 N 个结点之间公平地划分了带宽。缺点:限制了一个结点只能使用 R/N 的带宽,即使当它是唯一一个有分组要发送的结点时。

③、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。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,并且它们各自响应的接收方仍能正确接收发送方编码的数据比特(假设接收方直到发送方的编码),而不在乎其他结点的干扰传输。常用于军用系统、蜂窝电话
即时间分段(流水交通)、频率(信道)分段(多车道)和编码分段(限号)

2、随机接入协议:

信道不划分,允许冲突,为解决冲突采用冲突“恢复”机制。
在随机接入协议中,一个传输结点总是以信道的全部速率(即 Rbps)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。但是当有一个结点经历一次碰撞时,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间。
涉及碰撞的每个结点独立地选择随机时延。因为该随机时延是独立选择的,所以可能的这些结点之一所选择的时延充分小于其他碰撞结点的时延,并因此能够无碰撞地将它地帧在信道中发出。
即随便发送,当阻塞或冲突的时候,随机选择其中一个停下,再进行传输。
需要定义:如何检测冲突;如何从冲突中恢复。

①、时隙 ALOHA:

假设所有帧由L比特组成;时间被划分成长度为 L/R 秒的时隙(每个时隙等于传输一帧的时间);结点只能在时隙开始时刻发送帧;结点是同步,每个结点都知道时隙何时开始;如果在一个时隙中有两个或者更多个帧碰撞,则所有节点在该时隙结束之前检测到该碰撞事件
每个结点的操作:当结点有一个新的帧要发送时,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。
简单地讲,就是每隔一定时间,尝试发送一个帧,如果没有碰撞,则传输下一个;如果有碰撞,则在后续的时隙中,首先判断是否重传(概率p),直到该帧被传输成功
优点:单个结点活动时,可以连续以信道全部速率传输数据。高度分散化:只需要同步时隙。简单
缺点:冲突,浪费时隙。空闲时隙。结点也许能以远小于分组传输时间检测到冲突。时钟同步
效率:长期运行时,成功发送帧地时隙所占比例。最好情况下信道被成功利用的时间仅占37%。

②、ALOHA 协议:

非时隙的纯 ALOHA:更加简单,无需同步。当有新的帧生成时,立即发送。 冲突可能性增大。性能比时隙 ALOHA 协议更差。
简单地讲,就是将判断是否重传放在了发送新帧的后面

③、载波侦听多路访问协议CSMA:

发送帧之前,监听信道:如果信道空闲,则发送完整帧;如果信道忙,则推迟发送。冲突可能仍然发生:信号传播延迟。继续发送冲突帧:浪费信道资源。
简单地讲,就是等待信道空闲的时候争夺信道资源

④、具有碰撞检测的载披侦听多路访问 (CSMA/CD):

短时间内可以检测到冲突。冲突后传输中止,减少信道浪费。冲突检测在有线局域网易于实现,测量信号强度,比较发射信号与接收信号;在无线局域网很难实现:接收信号强度淹没在本地发射信号强度下。
简单地讲,就是不再时时刻刻监听信道资源,而是仅在想要发送帧的时候监听信道,当信道空闲的时候,争夺信道资源

⑤、CSMA/CD效率

假设T=LAN中两个结点间的最大传播延迟,t=最长帧传输延迟。效率=1/(1+5*T/t),当T接近于0或t趋近于无穷大时,效率趋近于1。
远优于ALOHA,并且简单、分散。

3、轮流协议:

结点轮流使用信道。

①、轮询协议

:主结点轮流“邀请”从属结点发送数据,典型应用:“哑”从属设备。问题:轮询开销、等待延迟、单点故障

②、令牌传递协议

:该协议中无主结点。控制令牌一次从一个结点传递到写一个结点,令牌指的是一个特殊帧。问题:令牌开销、等待延迟、单点故障。
即一个是主节点(请求节点)不断地依次询问发送方,一个是有一个令牌,令牌不断地在结点间传输。

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