介质访问控制技术

5.4.3　介质访问控制技术

局域网是由一组共享网络传输带宽的设备组成的，因此需要利用介质访问控制技术来控制网络中各个节点之间信息有序、有效的传输，从而实现对网络传输带宽公平合理的分配。

根据控制实现的方式，介质访问控制技术可以分为集中式控制和分布式控制。在集中式控制模式中，存在一个有权决定接入网络的控制器，每个站必须等到收到控制器发来的许可后方能发送信息；在分布式控制模式中，各站共同完成媒体接入控制功能，动态决定站发送的顺序。

根据信道的划分方式，介质访问控制技术可以分为静态信道化方式和动态介质访问方式。其中，静态信道化方式是将介质划分为彼此独立的信道后由特定的用户专用这些信道；动态介质访问方式又可以进一步细分为循环、预约和争用3种方式。

（1）循环方式

在循环方式中，每个站轮流拥有发送机会。在轮到某个站发送时，它可以选择不发送，也可以选择发送信息，但发送信息量不能超过事先规定的上限。一旦该站完成当前一轮的发送，它将取消自己的发送资格，进而把发送权传送到逻辑序列的下一个站。发送次序的控制既可以是集中式的（如轮询法），也可以是分布式的（如令牌法）。

当很多站都有数据需要发送时，循环方式效率较高；但若仅有少数站需要发送数据时，循环接入方式就会造成大量不必要的开销。

（2）预约方式

预约方式适用于通信量大、持续时间长的流通信，如话音通信、大批文件传输等。在预约方式中，类似同步时分复用方法，把占用媒体的时间细分为时隙，需要发送数据的站可以预约未来的时隙。

（3）争用方式

争用方式适用于以短的、零星的传输方式为特征的突发通信。在争用方式中，事先并不确定各站占用媒体的机会，而是让所有站以同样的方式竞争占用媒体。争用方式的优点是实现简单，在网络负荷小的情况下较为实用。载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）属于典型的争用技术。

CSMA/CD

载波监听多路访问技术（CSMA）的使用基于下述假设：两站间的信息传播时间远小于帧的发送持续时间。

在这种情况下，当一个发送信息时，其他站立刻就会知道。如果某个站想要发送消息，而这时它监测到有其他站在发送信息，它就会等这个站发送完再发。这样只有在两个站几乎同时发送信息时，才会发生冲突。而这种情况很少发生，因此大大降低了冲突的概率。

但是，当信道空闲时，每个站都可以发送数据，因此就可能有两个或多个站同时要发送数据，从而产生冲突。这时冲突各方的数据会互相干扰，无法被目的站点正确接收。因此，当站发送数据后，在一段时间内没有收到确认，就假定发送冲突并且重传。

在CSMA中，存在一个显著低效的情况：当两个帧发生冲突时，在两个被破坏帧的发送持续时间内，信道是无法使用的。此时，若帧越长，所浪费的带宽就越大。但是，如果在发送时可以继续监听信道，就可以减少这种浪费，为此提出了CSMA/CD。

CSMA/CD的算法是：

（1）如果信道空闲，则发送，否则转到第二步；

（2）如果信道忙，继续监听，直到信道空闲，然后立即发送；

（3）如果在发送过程中，检测到冲突，就发送一个干扰信号，保证所有站都知道发生了冲突，然后停止发送数据。

（4）随机等待一段时间，继续重传（从第一步开始重复）。

对于基带总线来说，冲突发送时，会产生一个比正常发送的电压更高的摆动。因此，如果某个站在发送分接头点检测到电缆上的信号值超过了单独发送所能产生的最大值，就认为发生了冲突。由于信号在传输过程中会产生衰减，因此，当两个站离得很远的时候，由于衰减的原因，会导致冲突信号的强度无法超过冲突检测的门限值。所以，IEEE明确规定不同协议中电缆的最大长度。