計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系列博文——目錄
多路訪問(wèn)鏈路和協(xié)議
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路
- 鏈路上只有一個(gè)發(fā)送方和一個(gè)接收方
廣播鏈路
- 多個(gè)發(fā)送和接受節(jié)點(diǎn)連接到相同，單一赐稽，共享的廣播信道；
- 任一節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)幀時(shí)，信道廣播該幀俩滥，其它每個(gè)節(jié)點(diǎn)都收到幀的一個(gè)副本富稻；
- 節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有發(fā)送幀和接受幀的能力边坤；
多路訪問(wèn)問(wèn)題
- 研究如何協(xié)調(diào)多個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)對(duì)一個(gè)共享廣播信道的訪問(wèn)挺庞；
碰撞
- 多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸幀，所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收多個(gè)幀舅踪；
- 碰撞發(fā)生時(shí)纽甘，通常沒(méi)有任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)能有效地獲得任何傳輸?shù)膸?/li>
多路訪問(wèn)協(xié)議
- 規(guī)范節(jié)點(diǎn)在共享廣播信道上傳輸行為的協(xié)議；
類(lèi)別
- 信道劃分協(xié)議抽碌，隨機(jī)接入?yún)f(xié)議悍赢，輪流協(xié)議；
理想特性
-
對(duì)速率為R bps的廣播信道：
- 僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)货徙，該節(jié)點(diǎn)吞吐量 R bps左权；
- 當(dāng)M個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在某段適當(dāng)定義的時(shí)間內(nèi)有R/M的平均傳輸速率破婆；
- 協(xié)議是分散的涮总，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)主節(jié)點(diǎn)的故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰；
- 協(xié)議是簡(jiǎn)單的祷舀，實(shí)現(xiàn)不昂貴；
信道劃分協(xié)議
- 將信道資源分片烹笔，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得
的信道資源
優(yōu)點(diǎn) 消除碰撞裳扯，公平；
缺點(diǎn) 即使信道空閑谤职，節(jié)點(diǎn)也有的速率上限饰豺；
時(shí)分多路復(fù)用(TDM)
- 對(duì)支持N個(gè)節(jié)點(diǎn)通信的協(xié)議，將時(shí)間劃分為時(shí)間幀允蜈，每個(gè)時(shí)間幀劃分為N個(gè)時(shí)隙冤吨，把每個(gè)時(shí)隙分配給每個(gè)節(jié)點(diǎn)；
頻分多路復(fù)用(FDM)
- 將信道劃分為等帶寬的不同頻段饶套，把每個(gè)頻段分配給每個(gè)節(jié)點(diǎn)漩蟆；
碼分多址(CDMA)
- 對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一種不同的編碼；
- 每個(gè)節(jié)點(diǎn)用它唯一的編碼來(lái)對(duì)它發(fā)送的數(shù)據(jù)編碼妓蛮；
- 對(duì)精心選擇的編碼怠李，CDMA網(wǎng)絡(luò)具有良好的特性：不同的節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)傳輸，且它們各自相應(yīng)的接收方能夠正確接收發(fā)送方編碼的比特?cái)?shù)據(jù)，即使存在其它節(jié)點(diǎn)的干擾傳輸捺癞；
- 碼分多址分配的是碼片資源夷蚊，按碼分多址的編碼方式每個(gè)有效數(shù)據(jù)比特都會(huì)被編碼為多個(gè)信道數(shù)據(jù)比特，每個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)際上也只能獲得
- CDMA技術(shù)使用廣泛惕鼓，如蜂窩電話(huà)；
隨機(jī)接入?yún)f(xié)議
- 一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)總以信道的全部速率發(fā)送唐础；
- 當(dāng)有碰撞時(shí)箱歧，涉及碰撞的每個(gè)節(jié)點(diǎn)反復(fù)地重發(fā)它的幀，直至該幀無(wú)碰撞地發(fā)送彻犁；
- 當(dāng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷一次碰撞后叫胁，它等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)延后重發(fā)幀；
以太網(wǎng)是一種流行的CSMA協(xié)議
時(shí)隙ALOHA協(xié)議
- 最簡(jiǎn)單的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議汞幢；
假設(shè)
- 所有幀由L比特構(gòu)成驼鹅；
- 時(shí)間被劃分為L(zhǎng)/R秒的時(shí)隙，即一個(gè)時(shí)隙等于傳輸一幀的時(shí)間森篷；
- 節(jié)點(diǎn)只在時(shí)隙起點(diǎn)開(kāi)始傳輸幀输钩；
- 節(jié)點(diǎn)同步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道時(shí)隙何時(shí)開(kāi)始仲智；
- 若一個(gè)時(shí)隙中存在幀碰撞买乃，則所有節(jié)點(diǎn)都能在該時(shí)隙結(jié)束前檢測(cè)到該碰撞事件；
節(jié)點(diǎn)操作
- 若節(jié)點(diǎn)有一個(gè)新幀待發(fā)送钓辆，它等到下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始并在該時(shí)隙傳輸整個(gè)幀剪验；
- 若無(wú)碰撞，該節(jié)點(diǎn)成功傳輸幀前联；
- 若有碰撞功戚，該節(jié)點(diǎn)能在時(shí)隙結(jié)束前檢測(cè)到碰撞；該節(jié)點(diǎn)以概率p在后續(xù)的每個(gè)時(shí)隙中重傳該幀似嗤，直至該幀被成功傳輸啸臀；
時(shí)隙ALOHA效率
- 有碰撞或所有節(jié)點(diǎn)都因概率傳輸而等待的時(shí)隙是被浪費(fèi)的；
- 成功時(shí)隙 恰有一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)隙烁落；
- 效率 當(dāng)有大量節(jié)點(diǎn)要傳輸大量幀時(shí)乘粒，長(zhǎng)期運(yùn)行中成功時(shí)隙的份額；
- 理論分析可確定伤塌，當(dāng)有大量節(jié)點(diǎn)要傳輸大量幀時(shí)灯萍，效率
,即僅有37%的時(shí)隙做有效工作；
- 同時(shí)寸谜，有
的碰撞時(shí)隙属桦；
ALOHA協(xié)議
- 純ALOHA協(xié)議不要求節(jié)點(diǎn)同步傳輸，即在邏輯上他爸，沒(méi)有一個(gè)公共的聂宾，周知的邏輯時(shí)隙時(shí)鐘；
- 當(dāng)節(jié)點(diǎn)從上層收到一個(gè)新的待傳輸幀诊笤，節(jié)點(diǎn)立即廣播該幀系谐；
- 若一個(gè)傳輸?shù)膸l(fā)生了碰撞，節(jié)點(diǎn)每經(jīng)過(guò)一個(gè)幀傳輸時(shí)長(zhǎng)就以概率p重傳幀讨跟；
- 理論分析可確定纪他，當(dāng)有大量節(jié)點(diǎn)要傳輸大量幀時(shí)，效率為
,即為時(shí)隙ALOHA協(xié)議的一半晾匠；
載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)
- ALOHA協(xié)議的特點(diǎn)在于茶袒，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸決定獨(dú)立于連接到該信道上的其它節(jié)點(diǎn)；
特別是凉馆，一個(gè)節(jié)點(diǎn)不關(guān)心它開(kāi)始傳輸時(shí)是否有其它節(jié)點(diǎn)正在信道上傳輸薪寓；
而且，即使有其它節(jié)點(diǎn)干擾它的傳輸澜共，節(jié)點(diǎn)也不會(huì)停止傳輸當(dāng)前幀向叉；
載波偵聽(tīng)
節(jié)點(diǎn)在傳輸前偵聽(tīng)信道，若信道忙嗦董，節(jié)點(diǎn)等待直至檢測(cè)到在一小段連續(xù)的信道空閑時(shí)間再開(kāi)始傳輸母谎；
即使所有節(jié)點(diǎn)都采用了載波偵聽(tīng)技術(shù)，由于端到端信道傳播時(shí)延（空間差造成的時(shí)間差）京革，碰撞仍是可能的奇唤，即某節(jié)點(diǎn)通過(guò)偵聽(tīng)，事實(shí)上只能確認(rèn)在一段極小時(shí)延前匹摇，信道上沒(méi)有節(jié)點(diǎn)正在傳播數(shù)據(jù)冻记；
具有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)
碰撞檢測(cè)(collision detection)
- 節(jié)點(diǎn)在傳輸幀的同時(shí)也監(jiān)聽(tīng)信道，若監(jiān)聽(tīng)到碰撞来惧，則停止傳輸，并在重新開(kāi)始傳輸前等待一段隨機(jī)時(shí)間演顾；
- 若無(wú)碰撞檢測(cè)供搀，即使出現(xiàn)了碰撞節(jié)點(diǎn)也會(huì)完全傳輸已發(fā)送了碰撞的無(wú)用幀；
- 碰撞檢測(cè)可以使節(jié)點(diǎn)在碰撞發(fā)生后的一個(gè)很短的時(shí)延里結(jié)束不必要的傳輸钠至；
- 事實(shí)上葛虐，所有多路訪問(wèn)協(xié)議都有某種形式的碰撞檢測(cè)，因?yàn)閰f(xié)議必須判斷一個(gè)幀的傳輸是否成功棉钧；此處的碰撞檢測(cè)是指近乎實(shí)時(shí)的碰撞檢測(cè)屿脐；
節(jié)點(diǎn)行為
- 網(wǎng)絡(luò)適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，準(zhǔn)備鏈路層幀，將之放入幀適配器緩存中的诵；
- 若幀適配器偵聽(tīng)到信道空閑万栅，則它開(kāi)始傳輸幀；若適配器偵聽(tīng)到信道忙西疤，則適配器等待直到信道空閑烦粒；
- 傳輸過(guò)程中，適配器監(jiān)聽(tīng)信道代赁；若無(wú)碰撞扰她，該幀順利傳輸；若發(fā)生了碰撞芭碍，立即中止傳輸徒役；
- 中止傳輸后，適配器等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間量窖壕，而后返回步驟2忧勿；
隨機(jī)時(shí)間間隔
- 碰撞發(fā)生后節(jié)點(diǎn)會(huì)等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間間隔以防再次碰撞；
- 問(wèn)題在于時(shí)間間隔的選韧摹狐蜕；
- 理想間隔應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足：碰撞節(jié)點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，時(shí)間間隔短卸夕；碰撞節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)层释，時(shí)間間隔長(zhǎng)；
二進(jìn)制指數(shù)后退算法
- 在幀經(jīng)歷了連續(xù)n次碰撞后快集，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)從集合{0,2,4....2^(n-1)}中選取一個(gè)K值作為時(shí)間間隔贡羔；
- 實(shí)踐中，限制n的最大值為10个初，即超過(guò)10次碰撞后乖寒，n的值被鎖定為10，且一旦碰撞此時(shí)超過(guò)某特定值（16）院溺，則協(xié)議停止嘗試并向上層通告錯(cuò)誤楣嘁；
CSMA/CD 效率
- 當(dāng)有大量節(jié)點(diǎn)要發(fā)送大量幀時(shí)，幀在信道中無(wú)碰撞傳輸?shù)臅r(shí)間在長(zhǎng)期運(yùn)行中所占的份額珍逸；
信號(hào)在任意兩節(jié)點(diǎn)間傳播所需的最大時(shí)間
傳輸一個(gè)最大長(zhǎng)度以太網(wǎng)幀的時(shí)間
輪流協(xié)議
- 信道劃分協(xié)議公平無(wú)碰撞但在活躍節(jié)點(diǎn)少時(shí)低效逐虚；
- 隨機(jī)訪問(wèn)協(xié)議在活躍節(jié)點(diǎn)少時(shí)高效但存在碰撞浪費(fèi)；
- 輪流協(xié)議試題綜合以上二者的特點(diǎn)谆膳；
輪詢(xún)協(xié)議
- 指定一個(gè)主節(jié)點(diǎn)叭爱，主節(jié)點(diǎn)輪詢(xún)每個(gè)節(jié)點(diǎn)；
- 主節(jié)點(diǎn)依次通知每個(gè)節(jié)點(diǎn)它被允許的傳輸量漱病，在該節(jié)點(diǎn)傳輸完畢后（傳完最大傳輸量或無(wú)更多待傳輸數(shù)據(jù)）买雾，主節(jié)點(diǎn)再通知下一個(gè)節(jié)點(diǎn)把曼；
- 引入了輪詢(xún)時(shí)延，即主節(jié)點(diǎn)通知從節(jié)點(diǎn)的時(shí)延漓穿；
- 主節(jié)點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致信道崩潰嗤军；
令牌傳遞協(xié)議
- 令牌 小特殊幀，以某種次序在所有節(jié)點(diǎn)間傳播器净；
- 當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到令牌時(shí)型雳，當(dāng)且僅當(dāng)它有數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)，它才持有該令牌并傳輸一個(gè)最大限制內(nèi)的數(shù)據(jù)而后將令牌傳遞給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)山害；否則纠俭，它立即向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸令牌；
- 一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障（如不肯釋放令牌）可能導(dǎo)致信道崩潰浪慌；
