计算机网络——33多点访问协议

多点访问协议

多路访问链路和协议

两种类型的链路（一个子网内部链路连接形式）

• 点对点
  • 拨号访问的PPP
  • 以太网交换机和主机之间的点对点链路
• 广播
  • 传统以太网
  • HFC上行链路
  • 802.11无线局域网

多路访问协议

单个共享的广播型链路
2个过更多结点同时传送：冲突

• 多个结点在同一个时刻发送，则会收到2个或多个信号叠加

多路访问协议（介质访问控制协议：MAC）

• 分布式算法 - 决定节点如何使用共享信道，即：决定节点什么时候可以发送
• 关于共享控制的通信必须用借助信道本身传输
  • 没有外带的信道，各节点使用其协调信道使用
  • 用于传输控制信息

理想的多路访问协议

给定：Rbps的广播信道
必要条件

1. 当一个节点要发送时，可以R速率发送
2. 当M个节点要发送，每个可以以R/M的平均速率发送
3. 完全分布的
   • 没有特殊节点协调发送
   • 没有时钟和时隙的同步
4. 简单

MAC（媒体访问控制）协议：分类

3大类

• 信道划分
  • 把信道划分为小片（时间、频率、编码）
  • 分配片给每个节点专用
• 随机访问
  • 信道不划分，允许冲突
  • 冲突后恢复
• 依次轮流
  • 节点依次轮流
  • 但是有很多数据传输的节点可以获得较长的信道使用权

信道划分MAC协议

TDMA

TMDA：time division multiple access

• 轮流使用信道，信道的时间分为周期
• 每个站点使用每周期中固定的时隙（长度 = 帧传输时间）传输帧
• 如果站点无帧传输，时隙空闲 -> 浪费
• 如：6站LAN：1,3,4有数据报，时隙2,5,6空闲

FDMA

FDMA：frequency division multiple access

• 信道的有效频率范围被分为一个个小的频段
• 每个站点被分配一个固定的频段
• 分配给站点的频段如果没有被使用，则空闲
• 例如：6站的LAN，1,3,4有数据报，频段2,5,6空闲

码分多路访问（CDMA）

• CDMA(code division multiple access)
  • 所有站点在整个频段上同时进行传输，采用编码原理加以区分
  • 完全无冲突
  • 假定：信号同步很好，线性叠加
• 比方
  • TDM：不同的人在不同的时刻讲话
  • FDM：不同的组在不同的小房间里通信
  • CDMA：不同的人使用不同的语言讲话

随机存取协议

• 当节点有帧要发送时
  • 以信道带宽的全部R bps发送
  • 没有节点间的预先协调
• 两个或更多节点同时传输，会发生 -> 冲突
• 随机存取协议规定
  • 如何检测冲突
  • 如何从冲突中恢复（如：通过稍后的重传）
• 随机MAC协议
  • 时隙ALOHA
  • ALOHA
  • CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA

时隙ALOHA

假设

• 所有的帧都是等长的
• 时间被划分成相等的时隙，每个时隙可发送一帧
• 节点只在时隙开始时发送帧
• 节点在时钟上是同步的
• 如果两个或多个节点在一个时隙传输，所有的站点都能检测到冲突

运行

• 当节点获取新的帧，在下一个时隙传输
• 传输时没有检测到冲突，成功
  • 节点能够在下一时刻发送新帧
• 检测时如果检测到冲突，失败
  • 节点在每一个随后的时隙以概率p重传帧直到成功

优点

• 节点可以以信道带宽全部连续传输
• 高度分布：仅需要节点之间在间隙上的同步
• 简单

缺点

• 存在冲突，浪费时间
• 即使有帧要发送，仍然有可能存在空闲的时隙
• 节点检测冲突的时间 < 帧传输的时间
  • 必须传完
• 需要时钟上同步

时隙ALOHA的效率

效率：当有很多节点，每个节点有很多帧要发送时，x%的时隙是成功传输帧的时隙

• 假设N个节点，每个节点都有很多帧要发送，在每个时隙中的传输概率是p
• 一个节点成功传输概率是$p(1-p{)}^{N-1}$
• 任何一个节点的成功概率是$Np(1-p{)}^{N-1}$
• N个节点的最大效率：求出使$f(P)=Np(1-$