目前有兩種網(wǎng)絡(luò)鏈路：
（1）點對點鏈路：鏈路兩端各一個節(jié)點。一個發(fā)送和一個接收。如點對點協(xié)議PPP。
（2）廣播鏈路：多個節(jié)點連接到一個共享的廣播信道。共享廣播信道是非常常見的，例如無線WIFI接入式衛(wèi)星通信接入式，又例如我們在公共場合說話等都屬于共享信道，共享信道的特點是當(dāng)一個人在說話時，其他人需要安靜的聽，如果有多個人同時說話，會導(dǎo)致收聽的人聽不清楚，這就是產(chǎn)生了干擾。同理，在共享鏈路上，一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀，這個數(shù)據(jù)幀是在共享鏈路下廣播的。即任何一個節(jié)點傳輸一幀時，信號在信道上廣播，其他節(jié)點都可以收到一個拷貝。常用于局域網(wǎng)中，如早期的以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。
下面我們要將廣播鏈路的共享信道技術(shù)。

一、廣播信道要解決的問題

傳統(tǒng)的廣播電視：是單向的廣播，一個固定的節(jié)點向許多接收節(jié)點發(fā)送，因此不存在干擾問題。
計算機網(wǎng)絡(luò)：在計算機網(wǎng)絡(luò)中，廣播信道上的節(jié)點都能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀，如果多個節(jié)點同時向共享信道發(fā)送數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致信道中的信號相互干擾，使數(shù)據(jù)幀不能正確接收。這就需要解決當(dāng)前誰使用信道的問題即誰有權(quán)力向當(dāng)前信道發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

二、多路訪問協(xié)議

多路訪問協(xié)議的目的是協(xié)調(diào)多個節(jié)點在共享廣播信道上的傳輸，避免多個節(jié)點同時使用信道，發(fā)生沖突，產(chǎn)生互相干擾。
沖突概念：兩個以上的節(jié)點同時傳輸幀，使接收方收不到正確的幀。沖突會造成廣播信道時間的浪費。
多路訪問協(xié)議可用于許多不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如有線和無線局域網(wǎng)。
多路訪問協(xié)議有三種類型。

1、信道劃分協(xié)議

信道劃分協(xié)議：把信道劃分為小“片”，然后給節(jié)點分配專用的小“片”。
主要的信道劃分協(xié)議有TDMA（時分過路接入）、FDMA（頻分多路接入）、CDMA（碼分多路接入）三種。

1.1、時分多路接入

時分多路接入：將時間化分為時間幀，每個時間幀再劃分為N個時隙，時隙的長度可以保證發(fā)送一個分組，將這N個時隙分別分配給N個節(jié)點。每個節(jié)點只在固定分配的時隙中傳輸。
例如有6個站點的局域網(wǎng)，將時間幀劃分為6個時隙，每個時隙分配一個站點，若只有1、3、4站點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則只有時隙1、3、4有分組要傳輸，時隙2、5、6則空閑。

TDMA特點：可以避免沖突、將資源公平分配，每個節(jié)點專用速率是R/N b/s；節(jié)點速率有限當(dāng)其他節(jié)點沒有數(shù)據(jù)要傳輸時，需要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點也不能充分利用帶寬資源。因此TDMA的效率不高，節(jié)點必須等待它的傳輸時隙才能發(fā)送數(shù)據(jù)。

1.2、頻分多路接入

將總信道帶寬R b/s劃分為N個較小信道即頻段分別分配給N個站點。
例如有6個站點的局域網(wǎng)，將信道劃分為6個頻帶，每個站點一個頻帶，如果只有1、3、4站點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，那么只有頻帶1、3、4有分組要傳輸，頻帶2、5、6就空閑了。
FDMA特點：可以避免沖突，實現(xiàn)鏈路資源的公平分配即N個節(jié)點公平劃分帶寬；但是每個節(jié)點可以載用的帶寬有限，小路不高。

2、隨機訪問協(xié)議

隨機訪問協(xié)議：不劃分信道，允許沖突，但是可以從沖突中恢復(fù)。
隨機訪問協(xié)議的基本思想是發(fā)送節(jié)點以信道全部速率發(fā)送，在發(fā)生沖突時沖突的每個節(jié)點分別等待一個隨機時間，再重發(fā)，直到幀發(fā)送成功。
目前典型的隨機訪問協(xié)議有ALOHA協(xié)議；載波監(jiān)聽多路訪問CSMA協(xié)議；帶沖突檢測載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD。

2.1、ALOHA協(xié)議

ALOHA協(xié)議：夏威夷大學(xué)研制的一個無線電廣播通信網(wǎng)，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使地理上分散的用戶通過無線電來使用中心主機。中心主機通過下行信道向二級主機廣播分組；二級主機通過上行信道向中心主機發(fā)送分組，這里可能會產(chǎn)生沖突，無線電信道是一個共享信道。
ALOHA協(xié)議目前有兩種形式：時隙ALOHA和純ALOHA。
（1）時隙ALOHA：假設(shè)所有數(shù)據(jù)幀長L比特、時間被劃分為若干個等長的時隙、節(jié)點只在時隙的開始點傳輸幀、所有節(jié)點同步傳輸，知道時隙什么時候開始、如果一個時隙有多個節(jié)點同時發(fā)送、所有節(jié)點都能檢測到?jīng)_突。
在時隙ALOHA中當(dāng)節(jié)點有新的幀要發(fā)送時，需要等到下一個時隙開始才傳輸整個數(shù)據(jù)幀。傳輸過程中無沖突，則節(jié)點成功傳輸數(shù)據(jù)幀；傳輸過程中若有沖突，則節(jié)點檢測到?jīng)_突后，以概率p在后續(xù)的每一個時隙重傳該幀，直到成功。

如上圖，這里劃分出若干個時隙，最初3和節(jié)點都有數(shù)據(jù)要發(fā)送，因此在第一個時隙3個節(jié)點同時傳輸數(shù)據(jù)幀，檢測到碰撞，檢測到碰撞后3個節(jié)點都在后續(xù)時隙以概率P重傳數(shù)據(jù)幀，因此在第二個時隙，3個節(jié)點都沒有傳輸數(shù)據(jù)幀，所以時隙2是空閑時隙。在第三個時隙，節(jié)點1和節(jié)點2都發(fā)送數(shù)據(jù)幀，此時又檢測到碰撞，因此節(jié)點1和節(jié)點2繼續(xù)在后續(xù)時隙以概率P重傳數(shù)據(jù)幀。在第4個時隙，只有節(jié)點2重傳數(shù)據(jù)幀，因此傳輸成功。類似進(jìn)行，直到每個節(jié)點的數(shù)據(jù)幀都發(fā)送成功為止。
時隙ALOHA特點：當(dāng)只有一個活動節(jié)點時，以全速R b/s的速率傳輸數(shù)據(jù)；時隙ALOHA是分布式的即每個節(jié)點檢測沖突并獨立決定何時重傳；時隙ALOHA發(fā)送控制非常簡單；ALOHA有多個活動節(jié)點時效率低。
（2）純ALOHA：是ALOHA的最初形式。是一個非時隙、完全分散的協(xié)議。
工作過程為：當(dāng)節(jié)點有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時就立即傳輸；如果與其他幀產(chǎn)生沖突，那么在該沖突幀完成之后以概率p立即重傳該幀；或等待一個幀的傳輸時間再以概率P傳輸該幀，或者以概率1-P等待另一個幀的時間。
純ALOHA特點如下：每個節(jié)點的傳輸與廣播信道上其他節(jié)點的活動是相互獨立的；一個節(jié)點開始傳輸時并不知道是否有其他節(jié)點正在傳輸；發(fā)送沖突時不會停止傳輸；效率不高。

2.2、CSMA（載波偵聽多路訪問協(xié)議）

CSMA的基本思想是某個節(jié)點在發(fā)送之前先監(jiān)聽信道，若信道忙則表示有其他節(jié)點正往信道發(fā)送幀，該節(jié)點隨機等待一段時間，然后再監(jiān)聽信道。若信道空則該節(jié)點開始傳輸整個數(shù)據(jù)幀。
CSMA的特點是在發(fā)送前監(jiān)聽，可以減少沖突；由于傳播時延的存在，仍有可能出現(xiàn)沖突，并造成信道浪費。如下是發(fā)送沖突的例子。

如上圖是一個廣播總線連接了4個節(jié)點A、B、C、D傳播的時空圖。
在時間t0：節(jié)點B偵聽到信道空，開始傳輸幀，沿著媒體傳播比特。
在時間t1：節(jié)點D有幀要發(fā)送。在t1時刻B的傳輸信號未到D，所以D檢測到信道空，開始傳輸。很快，B的傳輸開始在D節(jié)點干擾D的傳輸，即產(chǎn)生了沖突。可以看到傳播時間越長，節(jié)點不能偵聽到另一個節(jié)點已經(jīng)開始傳輸?shù)目赡苄跃驮酱蟆?br /> 在CSMA中節(jié)點沒有進(jìn)行沖突檢測，即使發(fā)生了沖突，節(jié)點仍繼續(xù)傳輸它們的幀。但該幀已經(jīng)被破壞、是無用的幀，由此造成信道傳輸時間被浪費。于是進(jìn)一步提出了帶沖突檢測的CSMA機制。

2.3、CMSA/CD（帶沖突檢測的CSMA）

該機制增加載波幀聽和沖突檢測兩個規(guī)則。
基本原理為：傳送前線偵聽，如果信道忙則延遲傳送；如果信道閑則傳送整個幀。在傳輸數(shù)據(jù)幀的同時進(jìn)行沖突檢測，一旦檢測到?jīng)_突就立即停止傳輸，盡快重發(fā)。
CMSA/CD的目的是縮短無效傳送時間，提高信道的利用率。

在CMSA/CD中雖然也會發(fā)生碰撞，但是兩個節(jié)點B、D在檢測到?jīng)_突之后很短時間內(nèi)都放棄傳輸。

2.4、以太網(wǎng)CSNA/CD的運行機制：

以太網(wǎng)也是采用CSMA/CD機制來訪問共享信道。其基本思想為：首先適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個數(shù)據(jù)報，將數(shù)據(jù)報封裝成幀，準(zhǔn)備發(fā)送；如果適配器偵聽到信道空閑，則開始傳輸幀，如果檢測到信道繁忙，則將等待一段時間，直到偵聽到信道空閑，開始傳輸幀；在傳輸過程中，適配器會同時監(jiān)聽是否有其他適配器的信號能量；如果適配器在整個幀的傳輸過程中，沒有監(jiān)聽到其他信號則完成該幀的傳輸，如果監(jiān)聽到來自其他適配器的信號則終止傳輸幀；終止傳輸后，適配器會等待一個隨機時間，重新傳輸。
以太網(wǎng)比較特別的是在檢測到碰撞后，節(jié)點會隨機回退一個時間，再次重傳該數(shù)據(jù)幀，回退時間采用的是二進(jìn)制指數(shù)回退法。當(dāng)傳輸一個給定幀時，假設(shè)一個數(shù)據(jù)幀經(jīng)過了n次碰撞，則節(jié)點隨機的從0、1、2…2${}^n$-1中選擇一個K值，等待時間是該網(wǎng)卡發(fā)送512比特數(shù)據(jù)時間的K倍。

3、輪流協(xié)議

輪流協(xié)議：通過輪流訪問信道避免沖突，要發(fā)送的節(jié)點越多輪流時間越長。
輪流協(xié)議包括輪詢協(xié)議和令牌傳遞協(xié)議。

3.1、輪詢協(xié)議

輪詢協(xié)議示意圖如上，輪詢協(xié)議要求首先從連入共享信道的節(jié)點中選擇一個節(jié)點作為主節(jié)點，其余節(jié)點作為從節(jié)點，主節(jié)點以循環(huán)的方式輪詢每個節(jié)點，例如主節(jié)點首先向節(jié)點1發(fā)送一個報文，告訴它能夠傳輸?shù)膸淖疃鄶?shù)量，如果節(jié)點1有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則最多可發(fā)送允許的最多數(shù)量的數(shù)據(jù)。然后主節(jié)點會繼續(xù)詢問節(jié)點2、節(jié)點3…
輪詢的優(yōu)點是消除了困擾隨機接入的碰撞和空時隙問題，這使得輪詢能夠取得更高的效率。
輪詢的缺點是引入了額外的開銷；引入了輪詢時延即通知一個節(jié)點它可以傳輸?shù)臅r間；如果主節(jié)點有故障則整個信道會變得不能工作。

3.2、令牌傳遞協(xié)議

示意圖如上，在這種協(xié)議中沒有主節(jié)點，一個成為令牌的小的特殊幀在節(jié)點之間以某種固定的次序進(jìn)行交換，例如節(jié)點1可能總是把令牌發(fā)送給節(jié)點2，節(jié)點2可能總是把令牌發(fā)送給節(jié)點3，而節(jié)點4總是把令牌發(fā)送給節(jié)點1。當(dāng)一個節(jié)點收到令牌時，僅當(dāng)它有一些數(shù)據(jù)要發(fā)送時它才持有這個令牌，否則此節(jié)點立即向下一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)該令牌。當(dāng)一個節(jié)點收到令牌時，如果它確實有數(shù)據(jù)幀要傳輸，它發(fā)送最大數(shù)量的幀數(shù)，然后把令牌傳遞給下一個節(jié)點。令牌傳遞是分布式的，因此具有較高的效率。但是也存在一些問題，例如單點失效問題。

總結(jié)

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