計算機網絡(二十九):多路訪問鏈路和協議

①、點對點鏈路:

由鏈路一端的單個發送方和鏈路另一端的單個接收方組成。很多鏈路層協議都是爲點對點鏈路涉及的,如點對點協議(PPP)和高級數據鏈路控制(HDLC)

②、廣播鏈路:

能夠讓多個發送和接收結點都連接到相同的、單一的、共享的廣播信道上。這裏使用的“廣播”是因爲當任何一個結點傳輸一個幀時,信道廣播該幀,每個其他結點都收到一個副本。以太網和無線局域網是廣播鏈路層技術的例子。
簡單地講,就是一個是兩人交談,一個是一人演講,但這裏是不同的物理鏈路,而不是不同的方式
多路訪問問題:如何協調多個發送和接收結點對一個共享廣播信道的訪問。
簡單地講,就是如何把兩人式的網絡與廣播式的網絡連接起來
多路訪問協議,即結點通過這些協議來規範它們在共享的廣播信道上的傳輸行爲。
因爲所有的結點都能夠傳輸幀,所以多個結點可能會同時傳輸幀。當發生這種情況時,所有結點同時接到多個幀,也就是說,傳輸的幀在所有的接收方處碰撞了。通常,當碰撞發生時,沒有一個接收節點能夠有效地獲得任何傳輸地幀;在某種意義下,碰撞幀地信號糾纏在一起。
在理想情況下,對於速率爲 Rbps 地廣播信道,多路訪問協議應該具有以下所希望的特性:
·當僅有一個結點有數據發送時,該結點具有 Rbps 的吞吐量;
·當有 M 個結點要發送數據時,每個結點吞吐量爲 R/Mbps。這不必要求 M 節點中的每一個結點總是有 R/M 的瞬間速率,而是每個結點在一些適當定義的時間間隔內應該有 R/M 的平均傳輸速率
·協議是分散的,這就是說不會因某主節點故障而使整個系統崩潰
·協議是簡單的,使實現不昂貴。

1、信道劃分協議:

多路複用技術。包括時分多路複用TDM和頻分多路複用FDM。

①、TDMA

:“週期性”接入信道。每個站點在每個週期,佔用固定長度的時隙(長度=分組傳輸時間)。未用時隙空閒。優點:消除了碰撞;非常公平,每個結點在每個幀時間內得到了專用的傳輸速率 R/N bps。缺點:結點被限制於 R/N bps 的平均速率,即使當它是唯一有分組要發送的結點時;結點必須總是等待它在傳輸序列中的輪次。

②、FDMA

:信道頻譜劃分爲若干頻帶。每個站點分配一個固定的頻帶。無傳輸頻帶空閒。優點:避免了碰撞,在 N 個結點之間公平地劃分了帶寬。缺點:限制了一個結點只能使用 R/N 的帶寬,即使當它是唯一一個有分組要發送的結點時。

③、CDMA

:對每個結點分配一種不同的編碼,然後每個結點用它唯一的編碼來對它發送的數據進行編碼。如果精心選擇這些編碼,CDMA網絡具有一種奇妙的特性,即不同的結點能夠同時傳輸,並且它們各自響應的接收方仍能正確接收發送方編碼的數據比特(假設接收方直到發送方的編碼),而不在乎其他結點的干擾傳輸。常用於軍用系統、蜂窩電話
即時間分段(流水交通)、頻率(信道)分段(多車道)和編碼分段(限號)

2、隨機接入協議:

信道不劃分,允許衝突,爲解決衝突採用衝突“恢復”機制。
在隨機接入協議中,一個傳輸結點總是以信道的全部速率(即 Rbps)進行發送。當有碰撞時,涉及碰撞的每個結點反覆地重發它的幀(也就是分組),到該幀無碰撞地通過爲止。但是當有一個結點經歷一次碰撞時,它不必立刻重發該幀。相反,它在重發該幀之前等待一個隨機時間。
涉及碰撞的每個結點獨立地選擇隨機時延。因爲該隨機時延是獨立選擇的,所以可能的這些結點之一所選擇的時延充分小於其他碰撞結點的時延,並因此能夠無碰撞地將它地幀在信道中發出。
即隨便發送,當阻塞或衝突的時候,隨機選擇其中一個停下,再進行傳輸。
需要定義:如何檢測衝突;如何從衝突中恢復。

①、時隙 ALOHA:

假設所有幀由L比特組成;時間被劃分成長度爲 L/R 秒的時隙(每個時隙等於傳輸一幀的時間);結點只能在時隙開始時刻發送幀;結點是同步,每個結點都知道時隙何時開始;如果在一個時隙中有兩個或者更多個幀碰撞,則所有節點在該時隙結束之前檢測到該碰撞事件
每個結點的操作:當結點有一個新的幀要發送時,它等到下一個時隙開始並在該時隙傳輸整個幀。如果沒有碰撞,該結點成功地傳輸它的幀,從而不需要考慮重傳該幀(如果該結點有新幀,它能夠爲傳輸準備一個新幀)。如果有碰撞,該結點在時隙結束之前檢測到這次碰撞。該結點以概率p在後續的每個時隙中重傳它的幀,直到該幀被無碰撞地傳輸出去。
簡單地講,就是每隔一定時間,嘗試發送一個幀,如果沒有碰撞,則傳輸下一個;如果有碰撞,則在後續的時隙中,首先判斷是否重傳(概率p),直到該幀被傳輸成功
優點:單個結點活動時,可以連續以信道全部速率傳輸數據。高度分散化:只需要同步時隙。簡單
缺點:衝突,浪費時隙。空閒時隙。結點也許能以遠小於分組傳輸時間檢測到衝突。時鐘同步
效率:長期運行時,成功發送幀地時隙所佔比例。最好情況下信道被成功利用的時間僅佔37%。

②、ALOHA 協議:

非時隙的純 ALOHA:更加簡單,無需同步。當有新的幀生成時,立即發送。 衝突可能性增大。性能比時隙 ALOHA 協議更差。
簡單地講,就是將判斷是否重傳放在了發送新幀的後面

③、載波偵聽多路訪問協議CSMA:

發送幀之前,監聽信道:如果信道空閒,則發送完整幀;如果信道忙,則推遲發送。衝突可能仍然發生:信號傳播延遲。繼續發送衝突幀:浪費信道資源。
簡單地講,就是等待信道空閒的時候爭奪信道資源

④、具有碰撞檢測的載披偵聽多路訪問 (CSMA/CD):

短時間內可以檢測到衝突。衝突後傳輸中止,減少信道浪費。衝突檢測在有線局域網易於實現,測量信號強度,比較發射信號與接收信號;在無線局域網很難實現:接收信號強度淹沒在本地發射信號強度下。
簡單地講,就是不再時時刻刻監聽信道資源,而是僅在想要發送幀的時候監聽信道,當信道空閒的時候,爭奪信道資源

⑤、CSMA/CD效率

假設T=LAN中兩個結點間的最大傳播延遲,t=最長幀傳輸延遲。效率=1/(1+5*T/t),當T接近於0或t趨近於無窮大時,效率趨近於1。
遠優於ALOHA,並且簡單、分散。

3、輪流協議:

結點輪流使用信道。

①、輪詢協議

:主結點輪流“邀請”從屬結點發送數據,典型應用:“啞”從屬設備。問題:輪詢開銷、等待延遲、單點故障

②、令牌傳遞協議

:該協議中無主結點。控制令牌一次從一個結點傳遞到寫一個結點,令牌指的是一個特殊幀。問題:令牌開銷、等待延遲、單點故障。
即一個是主節點(請求節點)不斷地依次詢問發送方,一個是有一個令牌,令牌不斷地在結點間傳輸。

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