【正文】 東華大學計算機科學與技術學院 1 第三章（第二部分） 介質訪問控制子層 MAC （ Medium Access Control） 東華大學計算機科學與技術學院 2 主要內容 一、介質訪問控制子層的概念 二、信道分配問題 三、多路訪問協(xié)議 四、局域網 五、數據鏈路層設備舉例 東華大學計算機科學與技術學院 3 一、介質訪問控制子層的的概念 數據鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型： 點對點信道 ：這種信道使用一對一的點對點通信方式。 —— 廣域網 廣播信道 ：這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，必須使用專用的 共享信道 協(xié)議來協(xié)調這些主機的數據發(fā)送。 —— 局域網 ?關鍵問題： 如何解決對共享信道的分配問題 介質訪問控制子層（ MAC） ：它是數據鏈路層上特有的一個子層，用于 解決共享信道的分配問題 東華大學計算機科學與技術學院 4 東華大學計算機科學與技術學院 5 典型的共享信道的網絡有： 衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)、局域網 東華大學計算機科學與技術學院 6 介質訪問控制子層 在網絡協(xié)議中的位臵 從分層的角度來看， 介質訪問控制層（ MAC） 是 數據鏈路層 的一個子層。它處于 數據鏈路邏輯控制層 LLC (Logical Link Control) 的下方， 物理層 的上方。 東華大學計算機科學與技術學院 7 主要內容 一、介質訪問控制子層的概念 二、信道分配問題 三、多路訪問協(xié)議 四、局域網 五、數據鏈路層設備舉例 東華大學計算機科學與技術學院 8 二、信道分配問題 靜態(tài)分配 動態(tài)分配 東華大學計算機科學與技術學院 9 二、信道分配問題 靜態(tài)分配 (固定多址接入協(xié)議 ) 指在用戶接入信道時，專門為其分配一定的信道 資源（如頻率、時隙、碼字和空間），用戶獨享 該資源，直至通信結束 典型的固定多址接入協(xié)議有： FDMA、 TDMA CDMA、 SDMA 東華大學計算機科學與技術學院 10 頻分多址－ Frequency Division Multiple Access（ FDMA） 把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個 等間隔的 、 互不重疊的 頻道（或稱信道），并將這些頻道分配給不同的用戶使用 東華大學計算機科學與技術學院 11 FDMA 的優(yōu)點：相互之間不會產生干擾 用戶較少且數量大致固定，每個用戶的業(yè)務量都較大時（如在 電話交換網中） 缺點：頻道資源的浪費 用戶數較多且數量經常變化，業(yè)務量具有突發(fā)性 存在問題： ? 實際用戶數少于已經劃分的頻道數時，造成頻道資源的浪費； ? 當網絡中的頻道已經分配完畢，即使已經被分配到頻道的用戶沒有通信，其他一些沒有被分配到頻道的用戶也不能通信 東華大學計算機科學與技術學院 12 時分多址－ Time Division Multiple Access（ TDMA） 將時間分割成周期性的 幀 ，每一幀再分割成若干個 時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），然后根據一定的時隙分配原則，使每個用戶只能在指定的時隙內發(fā)送。 東華大學計算機科學與技術學院 13 東華大學計算機科學與技術學院 14 二、信道分配問題 靜態(tài)分配 動態(tài)分配 東華大學計算機科學與技術學院 15 動態(tài)分配 信道分配模型的五個基本假設： ? 站點模型 ：每個站點是獨立的 ,并以統(tǒng)計固定的速率產生幀 ,一幀產生后到被成功發(fā)送之前 ,站點被封鎖（即不再會有新幀產生）； ? 單信道假設 ：所有的通信都是通過單一的信道來完成的，各個站點都是平等的，都可以從信道上收發(fā)信息 ? 沖突假設 ：若兩站點同時發(fā)送幀，會相互重疊，結果使信號無法辨認，稱為沖突。所有的站點都能檢測到沖突，沖突幀必須重發(fā)； ? 時間假設 ：連續(xù)時間和時間分時隙（確定何時發(fā)送）； ? 監(jiān)聽假設 ：載波監(jiān)聽和非載波監(jiān)聽（確定能否發(fā)送）。 東華大學計算機科學與技術學院 16 二、信道分配問題 動態(tài)分配 適用于用戶數多且數量可變、突發(fā)通信的情況。 競爭方式：各個用戶競爭使用信道，不需要取得發(fā)送權就可以發(fā)送數據，這種方式會產生沖突。 無沖突方式：每個用戶必須先獲得發(fā)送權，然后才能發(fā)送數據，這種方式不會產生沖突，如預約或輪轉方式。 有限競爭方式：以上兩種方式的折衷（低負載和高負載）。 東華大學計算機科學與技術學院 17 主要內容 一、介質訪問控制子層的概念 二、信道分配問題 三、多路訪問協(xié)議 四、局域網 五、數據鏈路層設備舉例 東華大學計算機科學與技術學院 18 三、多路訪問協(xié)議 ALOHA 載波檢測多路訪問協(xié)議 無沖突的協(xié)議 有限競爭協(xié)議 無線 LAN協(xié)議 東華大學計算機科學與技術學院 19 ALOHA協(xié)議 ALOHA協(xié)議是 70年代在夏威夷大學由 Norman Abramson及其同事發(fā)明的，目的是為了解決地面無線電廣播信道的爭用問題， 在 多個數據終端 和 計算中心 之間的通信網絡中使用。 基本思想 ：若一個空閑的站點上有一個幀到達，則立刻發(fā)送該幀，并期望不會和其他站點發(fā)生 碰撞（沖突）。 純 ALOHA 協(xié)議 時隙 ALOHA 協(xié)議 在信道上，有兩個幀同時發(fā)送 東華大學計算機科學與技術學院 20 1 純 ALOHA協(xié)議 ? 最基本的 ALOHA協(xié)議 ? 基本思想 ：只要有新的幀到達，就立即被發(fā)送并期望不與別的幀發(fā)生碰撞。如果幀發(fā)生碰撞，則隨機退避一段時間后進行重傳。 東華大學計算機科學與技術學院 21 純 ALOHA系統(tǒng)的工作原理圖 A1 幀產生 B1 A2 A2 B1 沖突 隨機時間t1 t2 B2 A2 t3 B2 t4 B3 A3 站 A 站 B 信道上的總效應 A1 B1 A2 B2 東華大學計算機科學與技術學院 22 在什么情況下數據幀可以不受任何干擾（不發(fā)生碰撞）的發(fā)送呢？ 很顯然，在純 ALOHA協(xié)議中，只有在數據幀的易破壞區(qū)間內沒有 其它的幀傳輸，該幀才可以成功的傳輸。所以，一個幀成功傳輸的概 率，就是在其產生時刻前、后各一個時間單位內沒有幀到達的概率。 東華大學計算機科學與技術學院 23 系統(tǒng)吞吐量（系統(tǒng)的利用率） ：每幀時內系統(tǒng)能夠成功 傳輸的幀數。 純 ALOHA系統(tǒng)利用率 最高