局域网MAC层使用的多址接入技术综述

局域网MAC层使用的多址接入技术综述

学院：电子信息工程学院

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2015 年10 月25 日

局域网MAC层使用的多址接入技术综述

一、局域网概述：

1.1关于局域网

局域网（ LAN－Local Area Network）是将分散在有限地理范围内的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通过功能完善的网络软件，实现计算机之间相互通信和共享资源。

局域网(LAN)具有以下特点：

①地理分布范围较小，一般为数百米至数公里,可覆盖一幢大楼、一所校园或一

个企业。

②数据传输速率高，一般为10、 100Mbps，目前已出现速率高达1000Mbps

甚至更高的局域网。

③误码率低，一般在10-11~10-8。这是因为局域网通常采用短距离基带传输

可以使用高质量的传输媒体，从而提高了数据传输质量。

④以PC机为主体，包括终端及各种外设，网中一般不设中央主机系统。

⑤一般包含OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网通信子网的内容。

⑥协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。

IEEE 802委员会给出的下图所示的局域网参考模型中只包括OSI中的数据链路层及物理层。其中数据链路层细分为两个子层：逻辑链路控制层（ LLC层）及媒体访问控制层（ MAC 层）。IEEE802协议体系由一系列标准协议构成，包括802.1、802.2、 802.3、 802.4、 802.5、802.6、 802.7、 802.8、802.9、 802.10、 802.11、 802.12、 802.14、 802.15、802.16 、802.20 等一系列协议。

IEEE802协议体系中，局域网在实现时，物理层及MAC层由网卡内的硬件及软件来完成，而LLC层以上各层均由计算机软件来实现。对于采用不同协议的局域网，它们仅在MAC 层及物理层相异，而上层都保持一致，这使得网络互连性及兼容性大大提高，也是网络易于更改、升级。

1.2局域网的MAC层

WLAN都以多路复用信道作为通信的基础，这样与采用点到点连接的网络相比，存在一个关键的技术问题：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。在WLAN中完成该功能的是数据链路层DLC的介质访问控制MAC(medium access control)子层。可以说，WLAN 的网络性能(吞吐量、时延等)完全取决于MAC子层的接入协议。所以，制定适当的MAC子层规范，根据网络业务特征有效地配置信道资源，提高无线资源的使用效率，提高系统的容量和传输质量，是未来WLAN研究的重要课题。

二、局域网MAC层使用的多址接入技术

2.1 MAC接入机制的分类

MAC层的中心论题是相互竞争的用户之间如何分配信道资源。多个终端共享同一信道资源的方法称为信道接入方式，或称多址方式。在无线局域网中MAC子层常用的多址机制可以分为以下三类：

①随机竞争类，如Aloha系列。随机竞争类的协议一般使用公共信道，连接在这条信道上的终端都可以向信道发送广播信息。如果终端需要发送，它以某种方式竞争信道的使用权，一旦得到使用权立即发送，所有的终端都能接收到发自任一终端的信息，如果检测到是发给自己的就接受，否则抛弃。

②按需分配类(或称预约类、无竞争类)，如token ring等。这种方法的原则是网络按某种循环顺序询问每个终端是否有数据发送，如果有则立即发送，否则网络立即转向下一个终端。轮询的特点是各分站可以公平地获取信道访问控制权，适用于通信业务量随时间变化，且这种变化又难以预测的情况。这种多址方式操作简单易于实现，在一般的实时分布式测控系统中获得了广泛应用。

③固定分配类，如FDMA、TDMA、CDMA等;它们的原则是把共享的一条信道分割成若干个相互独立的子信道，每个子信道又分配给一个或多个用户专用。

以上三类多址接入技术分别适用于不同的通信业务。对于以话音业务为主，通信量稳定的网络，固定分配类可以提供可靠的服务,同时又保持很高的信道利用率。按需分配类，不存在信息的碰撞，但是通常需要一个专用信道，所有的用户在该信道上以固定分配或随机接入的方式提出呼叫申请，适用于通信业务量随机变化且难以预测的情况。固定分配和按需分配适合于对实时性要求高的业务，而随机竞争类更适用于间歇性工作的用户发送非时延敏感性的业务。

2.2 几种WLAN系统的多址接入机制

2.2.1 IEEE802.5/令牌环网技术

令牌环网（Token-ring network）常用于IBM系统中，其支持的速率为4Mbps和16Mbps 两种。目前Novell、IBM LAN Server支持16MbpsIEEE802.5/令牌环网技术。在这种网络中，有一种专门的帧称为“令牌”，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。令牌环网是IBM公司于70年代发展的，21世纪以后这种网络比较少见。

在这种网络中，有一种专门的帧称为“令牌”，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。令牌为24位长，有3个8位的域，分别是首定界符（Start Delimiter，SD）、访问控制（Access Control，AC）和终定界符（End Delimiter，ED）。首定界符是一种与众不同的信号模式，作为一种非数据信号表现出来，用途是防止它被解释成其它东西。这种独特的8位组合只能被识别为帧首标识符（SOF）。

令牌环网的媒体接入控制机制采用的是分布式控制模式的循环方法。在令牌环网中有一个令牌(Token)沿着环形总线在入网节点计算机间依次传递，令牌实际上是一个特殊格式的帧，本身并不包含信息，仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时，令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧，因此不会发生碰撞。由于令牌在网环上是按顺序依次传递的，因此对所有入网计算机而言，访问权是公平的。

令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用，即网中没有计算机在传送信息；“忙”表示令牌已被占用，即网中有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌，将它置为“忙”的状态，然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后，数据被从网中除去，令牌被重新置为“闲”。令牌环网的