一、介质访问控制到底解决什么问题在广播式网络中多个节点往往共享同一条信道。例如A ─┐ B ─┼────── 一条共享信道 C ─┤ D ─┘此时必须解决一个问题多个节点什么时候可以发送数据这就是介质访问控制 MACMedium Access Control要解决的问题。MAC 协议主要可以分为三类信道划分介质访问控制随机访问介质访问控制轮询访问介质访问控制可以简单理解为信道划分提前分好随机访问大家竞争轮询访问排队使用二、频分复用 FDMFDMFrequency Division Multiplexing将信道的总带宽划分成若干互不重叠的频带。不同用户同时使用不同频率频率 → |---A---|---B---|---C---|---D---|特点多个用户可以同时传输用户之间不会发生碰撞用户无数据发送时其频带可能被浪费一句话FDM同时传不同频率。三、时分复用 TDMTDMTime Division Multiplexing将时间划分为固定时间片。例如时间 → | A | B | C | A | B | C |A 只能使用属于 A 的时间片B 只能使用 B 的时间片。特点所有用户使用同一信道不同用户在不同时间传输固定分配时间片某用户没有数据时对应时间片仍可能被浪费一句话TDM同一个频率轮流说话。四、统计时分复用 STDM统计时分复用是 TDM 的改进。普通 TDM 固定分配时间片而 STDM 根据用户实际需求动态分配。例如 A 没有数据时普通 TDM| 空 | B | C |STDM| B | C | B |因此 STDM 可以提高信道利用率。由于时间片不再固定属于某个用户因此数据中通常需要携带地址信息。一句话STDM谁有数据就优先给谁时间片。五、波分复用 WDMWDMWavelength Division Multiplexing主要应用于光纤通信。它本质上可以理解为光的频分复用。不同用户使用不同波长的光同时传输λ1 ── A λ2 ── B λ3 ── C λ4 ── D408 记忆WDM 光纤版 FDM。六、码分复用 CDM / CDMACDM 的特点是多个用户可以在相同时间、相同频率上同时发送数据。不同用户通过不同的码片序列进行区分。假设 A 站的码片序列为S。发送 1S发送 0-S不同站的码片序列要求互相正交。若 A 使用SB 使用T则S · T 0三个非常重要的结论S · S 1 S · (-S) -1 S · T 0因此接收端使用 A 站的码片序列S与收到的信号做内积得到1A 发送 1得到-1A 发送 0得到0没有 A 的信号这是 408 中 CDMA 计算题的核心。七、ALOHA 协议ALOHA 属于随机访问协议。其基本思想是有数据就直接发送。如果发生碰撞则随机等待一段时间后重新发送。1. 纯 ALOHA任何时间都可以开始发送。冲突危险期为2T其中T表示一个数据帧的发送时间。最大信道利用率约为18.4%八、时隙 ALOHA时隙 ALOHA 要求数据只能在时间槽的起点开始发送。例如时间 0 T 2T 3T 4T |-----|-----|-----|-----| ↑ ↑ ↑ ↑ 只能这些时刻开始发这样可以减少发生碰撞的概率。冲突危险期变为T最大信道利用率约为36.8%因此时隙 ALOHA 的效率约为纯 ALOHA 的两倍。九、CSMA载波监听多路访问CSMA 的核心思想先听后说。发送数据之前首先监听信道。若信道空闲则考虑发送。若信道忙则等待。十、1-坚持 CSMA规则有数据 ↓ 监听信道 ↓ 空闲── 是 → 立即发送 ↓否 一直监听 ↓ 一旦空闲 → 立即发送所谓“1-坚持”信道空闲时发送概率为 1。缺点多个等待节点可能在信道刚空闲时同时发送产生碰撞。十一、非坚持 CSMA如果发现信道忙随机等待一段时间再重新监听。流程有数据 ↓ 监听 ↓ 忙 ↓ 随机等待 ↓ 重新监听优点减少多个节点同时发送的概率缺点可能增加平均等待时间十二、p-坚持 CSMA主要用于时隙信道。信道空闲时以概率p立即发送以概率1-p推迟到下一个时间槽例如p 0.5则50% 概率现在发 50% 概率再等等它在 1-坚持和非坚持之间进行折中。十三、三种 CSMA 对比类型发现信道忙发现信道空闲1-坚持一直监听立即发送非坚持随机等待后再监听立即发送p-坚持持续监听以概率 p 发送408 速记1-坚持最急非坚持最佛p-坚持按概率来。十四、为什么 CSMA 仍然会产生碰撞即使发送前监听信道也不能彻底避免碰撞。原因信号传播需要时间。假设 A 和 B 距离很远A ------------------------------ BA 刚开始发送但 A 的信号还没有传播到 BA B这时 B 监听信道仍然可能认为信道空闲于是 B 也开始发送A B 碰撞所以传播时延是 CSMA 产生碰撞的重要原因。十五、CSMA/CDCSMA/CDCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多路访问 / 碰撞检测基本流程先监听 ↓ 空闲 ↓ 开始发送 ↓ 发送过程中继续监听 ↓ 有没有冲突 ┌─────┴─────┐ 没有 有 ↓ ↓ 继续发 立即停止 ↓ 发送强化碰撞信号 ↓ 随机退避 ↓ 重传一句话CSMA先听后说。CSMA/CD先听后说边说边听。十六、CSMA/CD 最小帧长发送方必须保证在发送整个帧结束以前能够检测到最远端产生的碰撞。因此T帧 ≥ 2τ其中τ为最大单向传播时延。于是最小帧长 2τ × 数据传输速率这是 408 中非常重要的计算公式。看到CSMA/CD 最短帧长基本就要想到2τ × 速率十七、二进制指数退避发生碰撞后各节点不能立即重新发送。否则可能出现碰撞 ↓ 一起重传 ↓ 再次碰撞 ↓ 再次一起重传所以必须随机等待。随着连续碰撞次数增加随机等待范围不断扩大。这就是截断二进制指数退避算法。十八、轮询访问随机访问依靠竞争而轮询访问通过控制机制避免碰撞。1. 轮询有一个主节点依次询问A你要发吗 B你要发吗 C你要发吗 D你要发吗只有被允许的节点才能发送。优点不发生碰撞控制简单缺点轮询存在额外开销主节点出现故障会影响整个系统十九、令牌传递系统中存在一个特殊控制帧——令牌 Token。令牌按照固定顺序在节点之间传递A → B → C → D → A ↑ 令牌只有获得令牌的节点才能发送数据。发送完毕后将令牌传递给下一个节点。优点无碰撞访问时间较确定适合负载较重的共享网络缺点令牌需要维护令牌丢失需要恢复节点故障可能影响令牌传递二十、介质访问控制总图介质访问控制 MAC │ ┌───────────────┼────────────────┐ ↓ ↓ ↓ 信道划分 随机访问 轮询访问 │ │ │ ┌─────┼────┐ ┌────┼─────┐ ┌───┴───┐ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ FDM TDM CDM ALOHA CSMA CSMA/CD 轮询 令牌 │ │ WDM STDM二十一、408 高频易错点1. 信道划分、随机访问、轮询访问不要混三句话信道划分分 随机访问抢 轮询访问排2. CSMA 和 CSMA/CD 不一样CSMA 发送前监听 CSMA/CD 发送前监听 发送过程中检测碰撞3. CDMA 不要一上来死磕复杂公式先记S·S 1 S·(-S) -1 S·T 0会用这三个结果绝大多数 408 基础题就能做。二十二、最后速记FDM vs TDMFDM同时不同频。TDM同频不同时。ALOHA vs CSMAALOHA不听就发。CSMA先听再发。CSMA vs CSMA/CDCSMA先听后说。CSMA/CD先听后说边说边听。三类 MAC 协议信道划分分。随机访问抢。轮询访问排。二十三、刷题优先级这部分强化阶段建议优先掌握CDMA 码片序列计算1-坚持、非坚持、p-坚持 CSMA 的区别CSMA/CD 为什么仍可能发生碰撞CSMA/CD 最小帧长计算二进制指数退避轮询和令牌传递的优缺点其中最容易出计算题的是CDMA CSMA/CD 最小帧长。
