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📜  计算机网络中的多访问协议

📅  最后修改于: 2021-09-27 15:01:36             🧑  作者: Mango

数据链路层负责两个节点之间的数据传输。它的主要功能是——

  • 数据链路控制
  • 多重访问控制

数据链路控制 –
数据链路控制负责通过使用成帧、错误控制和流量控制等技术在传输通道上可靠地传输消息。对于数据链路控制，请参阅 – 停止和等待 ARQ

多重访问控制 –
如果发送方和接收方之间有专用链路，则数据链路控制层就足够了，但是如果没有专用链路，则多个站可以同时访问该信道。因此需要多个接入协议来减少冲突并避免串扰。例如，在一个充满学生的教室里，当一个老师问一个问题，所有的学生(或站)开始同时回答(同时发送数据)时，就会造成很多混乱(数据重叠或数据丢失)，然后是老师的工作(多访问协议)来管理学生并让他们一次回答一个。

因此，需要在非专用信道上共享数据的协议。多访问协议可以进一步细分为——

1. 随机访问协议：在此，所有站点都具有相同的优势，即没有站点比另一个站点具有更高的优先级。任何站都可以根据媒体的状态(空闲或忙碌)发送数据。它有两个特点：

  1. 发送数据没有固定时间
  2. 没有固定的站点发送数据的顺序

随机访问协议进一步细分为：

(a) ALOHA –它是为无线局域网设计的，但也适用于共享媒体。在这种情况下，多个站点可以同时传输数据，因此会导致冲突和数据乱码。

  • 纯阿罗哈：
    当站发送数据时，它等待确认。如果在分配的时间内没有收到确认，则该站等待称为回退时间 (Tb) 的随机时间量并重新发送数据。由于不同的站点等待不同的时间量，进一步碰撞的概率降低。 
Vulnerable Time = 2* Frame transmission time
Throughput =  G exp{-2*G}
Maximum throughput = 0.184 for G=0.5
  • 开槽阿罗哈：
    它与纯 aloha 类似，不同之处在于我们将时间划分为时隙，并且只允许在这些时隙的开头发送数据。如果一个站错过了允许的时间，它必须等待下一个时隙。这降低了碰撞的可能性。 
Vulnerable Time =  Frame transmission time
Throughput =  G exp{-*G}
Maximum throughput = 0.368 for G=1

有关 ALOHA 的更多信息，请参阅 – LAN Technologies

(b) CSMA –载波侦听多路访问可确保更少的冲突，因为该站需要在传输数据之前首先侦听媒体(空闲或忙碌)。如果空闲则发送数据，否则等待直到通道空闲。然而，由于传播延迟，CSMA 中仍然存在冲突的可能性。例如，A站要发送数据，首先会感知介质，如果发现信道空闲，就开始发送数据。然而，当第一个数据比特从站 A 传输(由于传播延迟而延迟)时，如果站 B 请求发送数据并检测到介质，它也会发现它空闲并也会发送数据。这将导致 A 站和 B 站的数据发生冲突。

CSMA接入模式-

  • 1-persistent：节点感知信道，如果空闲则发送数据，否则持续检查介质是否空闲，一旦信道空闲就无条件(以1概率)发送。
  • Non-Persistent：节点感知信道，如果空闲则发送数据，否则在随机时间(不是连续)后检查介质并在发现空闲时发送。
  • P-persistent：节点感知媒体，如果空闲则以p概率发送数据。如果数据没有被传输((1-p)概率)，那么它会等待一段时间并再次检查介质，现在如果发现它空闲，那么它以 p 概率发送。这种重复一直持续到帧被发送。它用于 Wifi 和分组无线电系统。
  • O-persistent：节点的优越性是预先决定的，传输是按照这个顺序发生的。如果媒体空闲，节点等待其时隙发送数据。

(c) CSMA/CD –带有冲突检测的载波侦听多路访问。如果检测到冲突，站可以终止数据传输。有关更多详细信息，请参阅 – CSMA/CD 的效率

(d) CSMA/CA –载波侦听多路访问，避免冲突。冲突检测的过程涉及发送方接收确认信号。如果只有一个信号(它自己的)，那么数据就成功发送了，但如果有两个信号(它自己的信号和与之发生冲突的信号)，那么这意味着发生了冲突。为了区分这两种情况，碰撞必须对接收信号产生很大影响。然而在有线网络中并非如此，因此在这种情况下使用 CSMA/CA。

CSMA/CA 通过以下方式避免冲突：

  1. 帧间空间 –站等待介质变为空闲，如果发现空闲，它不会立即发送数据(以避免由于传播延迟引起的冲突)，而是等待一段时间称为帧间空间或 IFS。在此之后，它再次检查介质是否空闲。 IFS 持续时间取决于站点的优先级。
  2. 争用窗口 –它是划分为时隙的时间量。如果发送方准备好发送数据，它会选择一个随机数量的时隙作为等待时间，每当没有发现介质空闲时，等待时间就会加倍。如果发现介质忙，它不会重新启动整个过程，而是在发现通道再次空闲时重新启动计时器。
  3. 确认——如果在超时之前没有收到确认，发送方将重新传输数据。

2. 受控访问：
在这种情况下，数据由所有其他站批准的那个站发送。有关更多详细信息，请参阅 – 受控访问协议

3、渠道化：
在这种情况下，链路的可用带宽在时间、频率和代码上共享给多个站点同时访问信道。

  • 频分多址 (FDMA) –可用带宽被分成相等的频带，以便每个站都可以分配到自己的频带。还添加了保护频带，以便没有两个频带重叠以避免串扰和噪声。
  • 时分多址 (TDMA) –在这种情况下，带宽在多个站之间共享。为了避免冲突，时间被划分为时隙，站被分配这些时隙来传输数据。然而，由于每个站都需要知道其时隙，因此存在同步开销。这是通过向每个时隙添加同步位来解决的。 TDMA 的另一个问题是传播延迟，这是通过添加保护带解决的。
    有关更多详细信息，请参阅 – 电路交换
  • 码分多址 (CDMA) –一个信道同时承载所有传输。既没有带宽的划分，也没有时间的划分。例如，如果一个房间里有很多人同时说话，那么如果只有两个人说同一种语言，那么完美的数据接收也是可能的。同样，来自不同站点的数据可以用不同的代码语言同时传输。