夜光:计算机网络笔记(三十一)

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夜光序言:

 

我喜欢并习惯了对变化的东西保持着距离,这样才会知道什么是最不会被时间抛弃的准则。比如爱一个人,充满变数,我于是后退一步,静静的看着,直到看见真诚的感情。

 

 

正文:

多路访问协议

有两种类型的网络链路:点对点链路和广播链路。

点对点链路是由链路一端的单个发送方和另一端的单个接收方组成。

广播链路能够让多个发送和接收节点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。这 里使用名词“广播”是因为当任何一个节点传输一个帧时,帧在信道中广播,每个其他节点 都能收到这个帧。

因为所有的节点都能够传输帧,两个以上的节点可能会同时传输帧。当发生这种情况时, 传输的帧在所有的接收方处碰撞了。碰撞的结果是帧的丢失,以及广播信道的浪费。

在理想情况下,对于速率为每秒 R 比特的广播信道,多路访问协议应该有以下特性:

•当只有一个节点有数据发送时,该节点具有 Rbps 的吞叶量。

•当有 M 个节点要发送数据时,每个节点吞吐量为 R/m bps

•协议的实现是分布的,不会因某主节点故障而使整个系统崩溃。

•协议的实现简单。


1 信道划分协议

时分多路复用(TDM)和频分多路复用(FDM)是两种能够在所有共享信道节点之间划分广 播信道带宽的技术。

TDM 在时间上共享广播信道,而 FDM Rbps 信道划分为不同的频段,在频率上共享 信道。

码分复用(CDMA)对每个节点分配一种不同的编码。然后每个节点用不同的编码方式来 对它发送的数据进行编码。如果精心选择这些编码,不同的节点能够同时传输,并且它们各自的接收方仍然正确接收发送方编码后的数据 (假设接收方知道发送方的编码),而不怕其 他节点的干扰传输。CDMA 最早在军用系统中使用,目前已经广泛应用于民用,尤其是用于蜂窝电话中。


2 随机接入协议

在随机接入协议中,一个传输节点总是以信道的全部速率进行发送。当有碰撞时,涉及碰撞的每个节点反复地重发它的帧,直到该帧顺利发送为止。但是当一个节点经受一次碰撞时,它不会立刻重发该帧。相反,它在等待一个随机时延后重发该帧。涉及碰撞的每个节点独立地选择时延。因为该时延是独立选择的,最终能够无碰撞地将它的数据在信道中发出。

•时隙 ALOHA


时隙 ALOHA 有以下假设

.所有帧恰好由 L 比特组成。

.时间被划分为长度为 L/Rs 的时隙(这就是说,一个时隙等于传输一帧的时间)

.节点只在时隙起点开始传输帧。

.节点是同步的,每个节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。


当该节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,该节点成功地传输它的帧。

如果有碰撞,该节点在该时隙结束之前检测到这次碰撞。该节点以概率 P 在后续的每个 时隙中重传它的帧,直到该帧被正确地传输出去。

因此,当有 N 个活跃节点时,时隙 ALOHA 的效率是 Np(1-p)

N-1 。当 N 趋近于无穷时,取 Np(1-p)N-1的极限,得到这个协议的最大效率为 1 /e=0.37


纯 ALOHA

时隙 ALOHA,协议要求所有的节点同步它们的传输,以在每个时隙开始处开始传输。

在纯 ALOHA 中,没有时隙的概念。当一帧首次到达,节点立刻将该帧传输进广播信道。

如果传输的一个帧与另外的帧碰撞帧,它以概率 p 重传该帧。或者说以概率 1 p 等待另 一个帧时间后进行重传。

因此,当有 N 个活跃节点时,一个给定的节点成功传输的概率是 p(1-p)2N-1 。ALOHA 协议的最大效率仅为 l/(2e),刚好是时隙 ALOHA 的一半。

时隙、纯 ALOHA 随机接入协议都没有实际的产品应用。

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

在时隙和纯 ALOHA 中,一个节点是否发送的决定不关心其他节点的情况,也不会在有另一个节点开始干扰它的传输时停止发送。

发送前侦听信道。在网络中,这被称为载波侦听,即一个节点在传输前先听信道。如果来自另一个节点的帧正向信道上发送,节点则等待(“后退”)一段随机时间,然后再侦听信道。如果侦听到该信道是空闲的,该节点则开始帧传输。否则,该节点等待另一段随机时间,继续重复这个过程。


如果与他人同时开始发送,则停止发送。在网络中,这被称为碰撞检测, 即一个传输节点在传输时一直在侦听信道。如果它检测到另一个节点正在传输干扰帧,它就停止传输,用

指数回退算法来确定它应该在什么时候再尝试下一次传输。

以太网用了 CSMA/CD 技术,但是现在大家都用以太网交换机,交换机消除了冲突,所以这种技术好像也没什么意义了。


3 轮流协议

有两种比较重要的轮流协议:

第一种是轮询协议。轮询协议要求这些节点之一要被指定为主节点。主节点以循环的方式轮询每个节点, 主节点首先向节点 1 发送一个报文,告诉它(节点 1)能够发送的最大帧数。

在节点 2 传输了某些帧后,主节点告诉节点 2 能够传输的最大帧数。在工业控制网络中这种协议还有应用。

缺点是引人了轮询时延;如果主节点有故障,整个信道会出现问题。

第二种是令牌传递协议。在这种协议中没有主节点。一个称为令牌(token)的帧在节点之间以某种固定的次序进行交换。当一个节点收到令牌时,当它有一些帧要发送时,它才持有这个令牌。否则,它立即向下一个节点转发该令牌。令牌传递协议是一种已经废弃的技术。

缺点是节点的故障可能会使整个信道崩溃。

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