4-3介质访问控制方法

局域网组成示意图
局域网协议的特点
（1）协议的简单性 （2）数据链路层分为两上子层 （3）开销位的使用限制较小 （4）数据单元较长
协议的简单性
由于LAN本身比较简单，其所涉及的设备 类型和数量较少，地理范围也较小，而且采 用了广播通信技术，从而简化了流量控制和 路径控制等；另一方面则考虑下述两个要求： （1）由于LAN连接的主要是微机或基于微处理 器的设备，因而要求具有简单且灵活的协议 以便实现。 （2）复杂的网络协议将导致软件开发和维护更 加困难，而对LAN来说，其开发与维护力量通 常较弱，故而要求LAN协议尽量简单。
分布式控制方法
分布式控制方法常用的有： 带有碰撞检测的载波侦听多点访问 （CSMA/CD）法、令牌（也称许可证或通行标 志）（Token Passing）控制法、时隙（Time Slot）控制法和寄存器延迟插入法（Buffer Insertion) 。 从占用传输介质的机会方面来看，访问 控制方法可以分为确定性访问控制方法和随 机访问控制方法。 随机访问控制大多用于总线型局部网络 中，如CSMA/CD技术就属于随机访问控制法。
开销位的使用限制较小
由于WAN中通信线路的造价等原因， 所以希望提高传输信息中的有效成分， 为此必须减少信息帧中的控制和说明信 息，即通过压缩控制信息的方法来减少 开销位，这显然会增加处理机的负担； 反之，LAN中为减轻处理机的负担，往 往增加一些控制信息。
当一个工作站准备发送报文信息时，首先要 等待令牌的到来，当检测到一个经过它的令牌为 空令牌时，即可以“帧”为单位发送信息，并将 令牌置为“忙”（例如将00000000标志附在信息 尾部）向下一站发送。下一站用按位转发的方式 转发经过本站但又不属于由本站接收的信息。由 于环中已无空闲令牌，因此其它希望发送的工作 站必须等待。接收过程为：每一站随时检测经过 本站的信号，当查到信包指定的目的地址与本站 地址相同时，则一面拷贝全部有关信息，一面继 续转发该信息包，环上的帧信息绕环网一周，由 原发送点予以收回。按这种方式工作，发送权一 直在源站点控制之下，只有发送信包的源站点放 弃发送权，把Token（令牌）置“空”后，其他 站点得到令牌才有机会发送自己的信息。
• 1980年由美国DEC、Internet及Xerox公司联 合宣布的Ethernet（以太网）网络采用了 CSMA/CD技术，并且增加了检测碰撞的功能。 并称之为CSMA/CD。各站在发送信息以前，先 监听信道是否被占用，只有在信道空闲时才 发送。这种发送前监听（LBT）使碰撞减少， 传输效率撞高到80%，随后采用了“发送中监 听”（LWT），即每个站随时都在监听着信道， 检测到碰撞或信息受到干扰时，立即中止发 送，这样，缩短了碰撞时间的延续，使传输 输介质的 访问方法，也可谓网络的控制方法，是 指网络中各结点之间的信息传输如何控 制。 局域网的拓扑结构对网络的控制方 法有较大的影响。 局部网络的访问控制方法很多，从 控制方式方面来看，可分为集中式控制 和分布式控制两类。
集中式控制与分布式控制
集中式控制：是指网络中有一个单独的 集中控制器或有一个具有控制整个网络的结 点，由它控制各结点的通信。 分布式控制：指网络中没有专门的集中 控制器，也没有具有控制整个网络的结点， 网络中所的结点都处于均等地位。因此，分 布式控制中，各结点之间的通信是由各结点 自身控制的。 集中式与分布式控制相比，分布式控制 应用较集中式控制广泛。例如：目前在总线 型和环型局域网中，基本上都采用分布式控 制方法。
CSMA/CD工作原理
• CSMA/CD访问方式 大多作于总线型局部 网络，其工作过程可分为两上部分，即 监听总线和碰撞检测。
监听总线
在总线型局部网中，连接到总线上的各个结点的 地位都是均等的，整个网络系统中没有集中控制器， 各个结点必须自行控制。因此，每个结点都必须设立 一个“监听器”来监听总线，也就是测试总线上是否 正在传输信息（也称为载波识别）。如果总线上正在 传送信息，则各结点不能强占总线，以免破坏信息传 输；如果测得总线是空闲的，则说明没有信息在传输， 稍等一个时间片后，该结点就可以抢占总线发送信息。 测得总线空闲后，之所以要稍等一个时间片，是由于 信息包传输的时延所引起，如在A结点监听到总线空 闲之前有可能F结点已经发送信息，由传输时延，在A 结点测试总线时就无法识别了。所以，为了保证空闲 之前发送的信息能可靠地传输到终点，必须稍等一个 时间片。
CSMA/CD具体工作过程
（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 否则转到第2步。 （2）如果媒体信道忙（有载波），则继续对信 道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。 （3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突， 立即停止发送，并向总线上发出一串干扰信 号（连续几个字节全1），通知总线上各站点 冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 （4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等 待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。 转到第1步。
局域网协议
IEEE的中文含义是：电气和电子工程师协会。 这是一个专业协会，负责考虑数据通信的物理层 和数据链路层，IEEE组成制定局域网标准的802委员 会。 （1）IEEE802.1标准，包括局域网体系结构、网络互连 以及网络管理； （2）IEEE802.2标准，逻辑链路控制LLC。 （3）IEEE802.3定义，CSMA/CD总线介质访问控制方法 与物理层规范； （4）IEEE802.4，定义令牌总线（Token Bus）介质访 问控制方法与物理层规范； （5）IEEE802.5，定义令牌环（Token Ring）介质访问 控
数据链路层分为两个子层
（1）逻辑链路控制子层（LLC）。该层用于向本层的实 体提供无连接和面向连接两种类型的交换信息帧的操 作方式，以实现任何一对逻辑访问服务点之间的信息 传输。 （2）媒体访问控制子层（MAC）。该子层支持逻辑链路 控制子层执行介质访问功能，作为逻辑链路和介质访 问单元的接口，以确保物理功能和逻辑功能的连续性。 不同的局域网采用不同的MAC子层，而所有局域 网的LLC子层均是一致的。有了统一的LLC子层，虽然 局域网的种类五花八门，但高层可以通用。局域网的 低两层一般由硬件实现，这就是我们平常所说的网络 适配器（简称网卡），高层由软件实现，网络操作系 统是高层的具体实现。
令牌法的基本思想
一个独特的称为令牌的标志信息（标志信息 可以是一位，也可以是多位），例如令牌是一个 字节的二进制数“11111111”，设该令牌沿环型网 依次从一个结点向另一个结点传递，依次给每个 结点在接收到这个令牌时发送数据的机会，只有 获得令牌的节点才有权发送信包。令牌有“空闲” 和“忙”两种状态，“11111111”为空令牌状态。 “空闲”表明没有发送信息，发送数据的结点可 以捕获；“忙”表明已有发送的数据，别的结点 不可捕获。“空闲”和“忙”两种状态是由令牌 标志信息的编码实现的。
尽管“稍等一个时间片”可以保证 空闲前发送的信息可靠传输到终点，但 是，如果两上以上的结点同时监听总线 空闲都要占用总线发送信息时，这种多 结点同时抢占总线的现象称为冲突或碰 撞。此时单靠监听总线是无法解决的， 这正是CSMA/CD工作原理中碰撞检测部 分所要处理的问题。
碰撞检测
为了解决网络上出现的碰撞现象，各结点都要设立一 个碰撞检测器，以便边发边听。发送信息的结点，一边发 送，一边通过检测器监听总线上的传输信息，由碰撞检测 器判别从总线上听到的信息是否与本结点发出的信息一致。 如果一致，则表明本次抢占总线成功，继续把要发送的信 息发送完，如果不一致，则说明有碰撞，本次抢占总线不 成功，要停止发送。 各结点检测到碰撞后，要停止发送并且各结点要延迟 一个间隔时间，再去抢占总线，为了尽减少碰撞，各站延 迟的间隔时间用“随机数”控制，只要随机数不同，各结 点延迟的时间也不相同，延尺时间最小的那个结点先抢占 总线，再次发送信息。其他结点按监听原则监听总线，发 现总线已被占用，只好再等下次总线安静之后再去抢占总 线。如果第二次又发生碰撞，则重复照此办法处理。总有 一次会发送成功。把这种延迟况争法称为延迟算法（或碰 撞控制算法）。
CSMA/CD的特点
• 所有节点都不断的对信道进行监听 • 如果信道有空，则可发送数据 • 如果信道中有数据正在传送，则等待有 空闲后再发送 • 当出现冲突时，就退出暂时停止发送信 息 • 将冲突检测信号发送给所有节点 • 重发数据
CSMA/CD与人际间通话方式
（1）载波监听：想发送信息包的节点要确保现在没有其他节点在使用 共享介质，所以该节点首先要监听信道上的动静（即先听再讲）。 （2）如果信道在一定时间段内寂静无声（称为帧间缝隙IFG），该站 就开始传输（无声则讲）。 （3）如果信道一直忙，就继续监听信道，直到出现一定值的IFG时段 时，该节点才开始发送它的数据（一等到有空就讲）。 （4）冲突检测：如果两个站或更多的站都在监听和等待发送，然后在 信道空时同时决定立即开始发送数据，此时就会发生碰撞。这一事 件会导致冲突并使双方信息包都受到损坏。因此在传输过程中不断 地监听信道，以检测碰撞冲突（边谈边听）。 （5）如果一个节点检测出碰撞冲突，则立即停止该次传输，并向信道 发生一个“拥挤”信号，以确保其他节点也发现该冲突，从而摒弃 可能一直在接收的受损的信息包（一次只能一人讲）。 （6）多路存取：在等待一段时间（称为后退）后，想发送的站试图进 行新的发送。一种特殊的随机后退算法决定不同的站在试图再次发 送数据前要等一段时间（即延迟时间）。 （7）序列回到第1步
（6）IEEE802.6，定义城市网介质访问控制方 法与物理层规范； （7）IEEE802.7，定义了宽带技术； （8）IEEE802.8，定义了光纤技术； （9）IEEE802.9，定义了语音与数据综合局域 网技术； （10）IEEE802.10，定义了局域网的安全机制； （11）IEEE802.11，定义了无线局域网技术； （12）IEEE802.12，定义了按需优先的介质访 问方法，用于快速以太网。
CSMA/CD的由来
• CSMA/CD，中文含义为带有碰撞检测的 载波侦听多点访问。它是网络中各结点 在竞争基础上访问传输介质的随机方法， 是一种分布式控制方法。控制原则是各 结点抢占传输介质，即彼此之间采用竞 争方法取得发送信息的权利。