计算机网络 -- 链路层（1）多路访问链路和协议
作者：互联网
多路访问是指 多个发送和接收节点对一个共享广播信道的访问。
多路访问协议是指 节点通过这些协议来规范他们在共享广播信道上的传输行为。
当所有节点同时接到多个帧，则传输的帧在接收方发生了碰撞，当碰撞发生时，没有一个节点能够有效的获得任何传输的帧，则需要多路访问协议来进行协调。
多路访问协议有以下3种类型：
- 信道划分协议
- 随机接入协议
- 轮流协议
1. 信道划分协议
1.1 时分多路复用TDM：
将时间划分为时间帧，并进一步将每个时间帧划分为N个时隙。然后将每个时隙分配给N个节点中的一个，当结点在有分组需要划分的时候，它在循环的TDM帧中指派给它的时隙内传输分组比特。
优点：每个节点在各个帧时间内得到专用的传输速率R/N bps.
缺点：节点被限制于R/N bps的平均速率。
节点必须等待它在传输系列中的轮次。
1.2 频分多路复用FDM：
将R bps信道划分为不同的频率，每个频段具有R/N带宽，并将每个频率分配给N节点中的一个。
优点：避免了碰撞，在N个节点之间公平的划分了带宽。
缺点：限制了一个节点只能使用R/N的带宽，即使当它是唯一一个需要发生分组的节点。
1.3 码分多址CDMA
CDMA为每个结点分配一个不同的编码，每个结点用其唯一的编码来对它发送的数据进行编码。
优点：不同的节点能同时传输，接收方能正确的接收。
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数据R bps进行发送，当有碰撞的时候，设计碰撞的每个节点反复的重发它的帧，直到该帧无碰撞的通过为止。
2.1 时隙ALOHA
时隙ALOHA的操作为：
- 当结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，该结点成功传输它的帧，不需重传。
- 如果有碰撞，该结点在时隙结束之前检测到这次碰撞，该结点以概率p在后续的每个时隙重传该帧，直到该帧被无碰撞的传输出去。
一个给定节点成功传输的概率为
协议的最大效率为
2.2 ALOHA
时隙ALOHA协议要求所有的结点同步他们的传输，以在每个时隙的开始时进行数据传输。
纯ALOHA中，当一帧首次到达，结点立即将该帧完整的传输进广播通道。如果一个传输的帧与其他传输经历了碰撞，则该结点立即以概率p传输该帧。否则，该结点等待一个帧传输时间，在此等待之后，它以概率p传输该帧，或者以概率1-p在另一个帧时间等待。
一个给定节点成功传输的概率为
该协议的最大效率为1/(2e)，为时隙ALOHA的一半。
2.3 载波侦听多路访问 CSMA
在时隙和纯ALOHA中，一个结点传输的决定独立于连接到这个广播信道上的其他结点活动。即一个结点不关心它开始传输时是否有其他结点碰巧在传输，而且即使有另一个结点开始干扰它的传输也不会停止传输。
载波侦听：一个结点在传输前先听信道，若没有来自另一个结点的帧正在信道上传输，则结点等待直到检测到一小段时间没有传输，然后开始传输。
既然所有的节点都在侦听，那为什么还会有碰撞？
因为广播信道端到端信道传输具有时延。
2.4 具有碰撞检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD
碰撞检测：当一个传输节点在传输时一直在侦听此信道，如果检测到另一个结点正在传输干扰帧，它就停止传输，在重复 “侦听-当空闲时传输” 循环之前等待一段随时时间。
CSMA/CD运行方式：
- 适配器从网络层获取数据报，准备链路层帧，并将其放入帧适配器缓存中。
- 如果适配器侦听到信道空闲，开始传输帧；若侦听到信道忙碌，则等待直到没有其他信号传输时才开始传输帧。
- 在传输过程中，适配器监视来自其他使用广播信道的适配器的信号能量的存在。
- 如果适配器传输整个帧而未检测到来自其他适配器的信号能量，该适配器就完成该帧传输。如果在传输时检测到了来自其他适配器的信号能量，则中止传输。
- 中止传输后，适配器等待一个随机时间量，回到步骤2.
3. 轮流协议
轮流协议是指将某结点指定为主结点，主结点以循环的方式轮询poll每个节点。
优点：消除了困扰随机接入协议的碰撞和空时隙。
缺点：引入了轮询时延。
如果主结点有故障，在整个信道不可操作。
令牌传递协议：该协议使用一个称为令牌的小的特殊帧在结点之间以某种固定的次序进行交换。当一个结点收到令牌的时候，仅当它有一些帧要发送时，它才持有这个令牌，否则立即向下一个结点转发该令牌。
优点：分散，效率很高。
缺点：一个结点的故障可能会使整个信道崩溃。
Chen_Hulk
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标签：结点,适配器,计算机网络,传输,信道,链路,时隙,节点,链路层 来源： https://blog.csdn.net/u010034085/article/details/104381509