MAC(多路访问控制)协议

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前言

一、MAC协议

在数据链路层中，存在两种链路点对点链路和广播式链路

在一个单一共享广播信道， 两个或者两个以上结点同时传输会产生干扰(interference)，发生冲突(collision)，若结点同时接收到两个或者多个信号，接收失败

多路访问控制协议(multiple access control protocol)，采用分布式算法决定结点如何共享信道，即决策结点何时可以传输数据，必须基于信道本身，通信信道共享协调信息

二、MAC协议分类

MAC协议主要分为三类信道划分(channel partitioning)MAC协议，随机访问(random access)MAC协议，随机访问(random access)MAC协议

1.信道划分MAC协议

信道划分的实质就是通过分时、分频、分码方法把原来的一条广播信道，逻辑上分为几条用于两个结点之间通信的互不干扰的子信道，实际上就是把广播信道转变为点对点信道

(1)时分多路复用 TDMA: time division multiple access

一种数字或者模拟（较罕见）的多路复用技术，实现两个以上的信号或数据流可以同时在一条通信线路上传输，其表现为同一通信信道的子信道，但在物理上来看，信号还是轮流占用物理信道的

(2)频分多路复用 FDMA frequency division multiple access

频分多路复用是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术，用户在分配到一定的频带后，在通信的过程中始终占用这个频带

6站点LAN, 1,3,4频带传输数据, 2,5,6频带空闲

2.随机访问MAC协议

在随机访问协议中，不采用集中控制方式解决发送信息的次序问题，所有用户能根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道全部速率

典型的随机访问MAC协议：

(1)时隙ALOHA协议

思想：把时间划分成若干相同的时间片，所有用户在时间片开始时刻同步 接入网络通道，若发生冲突，则必须等到下一个时间片开始时刻传送

假定：所有帧大小相同，时间被划分为等长的时隙(每个时隙可以传输1个帧)，结点只能在时隙开始时刻发送帧，结点间时钟同步，如果2个或2个以上结点在同一时隙发送帧，结点即检测到冲突

开始时1，2，3冲突，传输顺序：2->1->3

优点:

缺点：

效率(efficiency): 长期运行时，成功发送帧的时隙所占比例

对于任意结点成功发送帧的概率= Np(1-p)N-1

在最好的情况下，信道被成功利用的时间仅占37%

(2)ALOHA协议

思想：不监听信道，不按时间槽发送，随机发送，当有新的帧生成时，立即发送

所以比时隙ALOHA协议更差

(3)CSMA协议

Carrier Sense Multiple Access (CSMA)，是一种允许多个设备在同一信道发送信号的协议，其中的设备监听其它设备是否忙碌，只有在线路空闲时才发送

思想：发送帧之前，监听信道

(4)CSMA/CD(CSMA/CD协议)协议

短时间内可以检测到冲突, 冲突后传输中止，减少信道浪费==(边发送边监听）==

示例：

分析：

根据CSMA/CD协议工作原理， 有 Lmin/R=2*dmax/V,则dmax=(V/2R)*Lmin 根据CSMA/CD协议工作原理， 有 Lmin/R=2*dmax/V,则dmax=(V/2R)*Lmin 将V=200 000 km/s, R=1 Gbps, ΔLmin =-800bit,代入得： Δdmax =(*103/(2*109))*(-800)=-80 m 

tprop 趋近于0或者ttrans 趋近于∞时，效率趋近于1

3.轮转访问MAC协议

信道划分MAC协议：

随机访问MAC协议：

轮转访问MAC协议：

既要不产生冲突，又要发送时占全部带宽(综合两者的优点）

轮询访问控制的特点：在轮询访问中，用户不能随机地发送信息，而要通过一个集中控制的监控站，以循环方式轮询每个结点，再决定信道的分配。当某结点使用信道时，其他结点都不能使用信道，主要分为轮询协议与令牌传递协议

(1)轮询(polling)协议

轮询协议要求节点中有一个被指定为主节点，其余节点是从属节点，主节点以循环的方式轮询每一个从属节点，“邀请”从属节点发送数据（实际上是向从属节点发送一个报文，告诉从属节点可以发送帧以及可以传输帧的最大数量），只有被主节点“邀请”的从节点可以发送数据，没有被“邀请”的节点不能发送，只能等待被轮询

(2)令牌传递(token passing)协议

控制令牌(特殊帧)依次从一个结点传递到下一个结点

令牌由专用的信息块组成，典型的令牌由连续的8位“1”组成

当网络所有节点都空闲时，令牌就从一个节点传送到下一个节点, 当某一节点要求发送信息时，它必须获得令牌并在发送之前把它从网络上取走，一旦传送完数据，就把令牌转送给下一个节点，每个节点都具备有发送/接收令牌的装置

使用这种传送方法决不会发生碰撞，在某一瞬间只有一个节点有可能传送数据，最大的问题是令牌在传送过程中丢失或受到破坏，从而使节点找不到令牌从而无法传送信息

总结

提示：这里对文章进行总结：

原文链接：https://blog.csdn.net/_53144843/article/details/121293811