计算机网络按传输技术可分为点-点网和广播网(如总线网、环型网) 两大类。 在前面“数据链路层” 介绍的内容是点-点链路协议(两方通信协议), 但是在广播网中, 所有站点共享一条信道, 任意一站点发送的报文能够被所有其他站点收到。 可以想象, 如果有两个或多个站同时发达数据, 则信号在信道中发生碰撞, 导致数据发送失败, 这种现象称为冲突。 冲突会引起数据传输速率下降, 严重的情况下, 甚至使通信无法进行下去。 因此, 在广播网中, 需要解决信道共享的技术问题, 即如何将单一的信道分配给各个用户。
通信信道又称为介质, 网络中采用的传输介质不同或网络拓扑结构不同, 所使用的介质访问控制协议就不同。 局域网就是这种情况, 它不像广域网那样简单。 为了不使局域网中的数据链路层过于复杂, 将它划分为两个子层, 其中一个为介质访问控制子层(Medium Ac⁃cess Control Sublayer, MAC), 专门解决广播网中信道分配的问题。 MAC 是数据链路的底层,在点-点网中没有这一子层。 MAC 同局域网的关系密切, 因为绝大多数局域网使用的是广播信道。 另一个是逻辑链路控制子层(Logical Link Control Sublayer, LLC), 它完成通常意义下数据链路层的功能。
信道分配策略可分为静态分配和动态分配。 前面讲过的频分复用或时分复用等属于静态分配。 在静态分配中, 由于各个站点有自己的专用频带或时间片, 彼此之间不会产生干扰。当网络站点数目少, 且每个站点都有大量数据要发送时, 采用静态分配策略不仅控制协议简单, 而且传输效率高。
但对于大多数计算机网络来说, 站点数多且不固定, 同时数据传输具有突发性, 如果采用固定分配, 既不容易实现, 信道利用率也非常低, 这时应采用动态分配策略。
动态分配又称多点接入或多点访问技术, 是指异步时分多路复用, 即各站点仅当有数据发送时, 才占用信道发送数据。 动态分配又有受控访问和随机访问两种。
受控访问一般有轮询(轮转) 和预约两种。 轮转是使每个站轮流获得发送的机会, 没有数据要发送的站将发送权传给下一站。 例如, 在环型网络中的“令牌” 所起的作用是,在环路中, 有一个特殊的帧, 叫做令牌或权标(Token), 令牌沿环路逐站传播, 只有获得令牌的站才有权发送信息。 当信息发送完毕后, 再将令牌传递给下一个站。 而在所谓“一主多从” 网络中采用主机轮流询问各从机的方式。 预约是使各站首先声明自己有数据要发送, 然后根据预约的顺序依次发送数据。 它们都是使发送站首先获得发送权, 再发送数据,所以不会出现冲突。 当网络负载较重时, 采用控制访问, 可以获得很高的信道利用率。(www.daowen.com)
随机访问又称争用, 意思就是所有的站点发送前不需要取得发送权, 都可以随时发送信息(有数据就发送), 发生冲突之后再采取措施解决冲突。 随机访问适用于负载较轻的网络, 其信道利用率一般不高, 但网络延迟时间较短。
解决冲突的争用协议已有多个。 这里只介绍一种常用的改进的随机访问协议是带冲突检测的载波监听多重访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD),它已成为局域网的标准协议(以太网(Ethernet) IEEE802.3 标准)。
以太网采用的CSMA/CD 的基本思想是: 当一个站要发送数据时, 首先监听信道; 如果信道忙则等待, 同时继续监听直至发现信道空闲; 当监听到信道空闲后, 立即发送数据; 在发送过程中, 一旦检测到冲突, 立即停止发送。 如果发生冲突, 则随机等待一段时间, 再重新开始监听。
在CSMA/CD 中, 当多个站同时发送时产生了冲突, 这些站检测到冲突后立即停止发送, 于是形成了一个较短的时间片。 这种时间片称为竞争时间片。 这些站停止发送后, 各自随机等待一段时间再监听信道, 发现信道空闲又发送数据。 当相互竞争的站比较多时, 有可能一而再, 再而三地发生冲突, 结果形成一系列的竞争时间片。 经过几轮竞争后, 有一个站获得了成功。 在此之后, 有数据要发送的站又开始了新的竞争。 这样, 数据传输周期、竞争周期和空闲周期轮流交替, 周而复始。
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