04MAC子层

Lingfeng2025-03-28

04MAC子层

1. 信道分配问题

1.1 局域网信道

1.2 静态分配

  • 静态分配方法:TDM、FDM、CDMA

Theorem (单信道平均延迟)

设顾客平均到达率为帧/秒,信道容量为位/秒,帧平均长度为位/帧,则单信道平均延迟时间为

Corollary (子信道平均延迟)

对于 FDM,信道等分后的平均延迟时间为

2. 多路访问协议

2.1 随机访问协议

2.1.1 ALOHA

Definition (纯 ALOHA 协议)

节点有数据时立即发送,不监听信道是否空闲;如果发送期间没有其他用户同时发送,则传输成功,否则发生冲突。冲突后,节点等待一个随机时间再重传。吞吐量

时利用率最高,此时为

Definition (分隙 ALOHA 协议)

把时间分成时隙,帧的发送必须在时隙的起点,冲突只发生在时隙的起点。此时吞吐量为

最大为

2.1.2 CSMA

Definition (非持续式 CSMA)

  1. 经侦听,如果介质空闲,开始发送
  2. 如果介质忙,则等待一个随机分布时间,再重复步骤 1

Definition (1-持续式 CSMA)

  1. 经侦听,如果介质空闲,则发送
  2. 如果介质忙,持续侦听,一旦空闲立即发送
  3. 如果发送冲突,等待一个随机分布时间再重复步骤 1

Definition (p-持续式 CSMA)

  1. 经侦听,如果介质空闲,以概率发送,以概率延迟一个时间单元发送
  2. 如果介质忙,持续侦听,一旦空闲重复 1
  3. 如果发送推迟一个时间单元,重复步骤 1

Definition (1-持续式 CSMA/CD)

  1. 经侦听,如果介质空闲,则发送
  2. 如果介质忙,持续侦听,一旦空闲立即发送
  3. 如果发生冲突,立即中止自己的传输,等待随机分布时间再重复步骤 1

2.2 受控访问

Definition (位图协议)

竞争期在自己的时槽内发送竞争比特,发送期按序发送。信道利用率

其中为每帧比特数,为用户数。

Definition (令牌传递)

只有持有令牌的站点才能发送数据。令牌轮流传递。

Definition (二进制倒计数协议)

每个站点编序号,序号长度相同。在竞争期有数据发送的站点从高序号到低序号排队,高者得到发送权。

2.3 有限竞争

Definition (自适应数搜索协议)

所有节点构成完全二叉树。在竞争时隙,所有站点同时竞争。如果只有一个站点申请,则获得信道。否则下一竞争时隙,一半站点参与竞争,另一半时隙参与下一时隙竞争

3. 以太网

Definition (MAC 地址)

6 字节的全局唯一的设备标识,又称为硬件地址或物理地址。

Definition (集线器)

集线器是一种物理层设备,用于在多个计算机之间进行电信号的广播传输。它将一个端口接收到的数据原封不动地广播到所有其他端口,不区分发送目标,也无法识别数据内容。

Definition (交换机)

交换机是一种数据链路层设备,用于根据数据帧中的MAC 地址进行转发决策。它能学习各个端口对应的 MAC 地址,并只把数据帧转发给目标端口,实现点对点通信

Definition (以太网)

以太网是一种局域网通信技术标准,由 IEEE 802.3 定义,规定了数据在局域网中以帧的形式进行传输的方式。它采用MAC 地址寻址,使用双绞线或光纤作为传输介质,支持的标准速率包括 10Mbps、100Mbps、1Gbps 及以上。以太网工作在OSI 模型的物理层和数据链路层,典型接入控制方式为CSMA/CD(在使用集线器时),而现代以太网多采用交换机实现全双工通信,无冲突,高效率,广泛应用于企业、家庭、校园等局域网环境中。

4. 数据链路层交换

4.1 交换模式

  • 存储转发:转发前接受整个帧,执行 CRC 校验
  • 直通交换:一旦接收到帧的目的地址,就开始转发
  • 无碎片交换:接收到帧的前 64 字节,即开始转发

4.2 生成树协议

Definition (生成树协议)

  1. 选举根桥:同一广播域中的所有交换机均参与选举,桥 ID 最小的交换机(网桥)成为生成树的根,其余为非根桥
  2. 为每个非根桥选出一个根端口:每个非根桥通过比较其每个端口到根桥的根路径开销,选出根端口,具有最小根路径开销的端口被选作根端口
  3. 为每个网段确定一个指定端口:对于每一个网段, 在所有连接到它的交换机(网桥)端口中进行选择,一个具有最小根路径开销的端口,作为该网段的指定端口

4.3 虚拟局域网 VLAN

  • 基于端口的 VLAN
  • 基于 MAC 地址的 VLAN
  • 基于协议的 VLAN
  • 基于子网的 VLAN

5. 无线局域网

5.1 架构体系

  • LLC层:逻辑链路控制层,向上(网络层)提供统一的接口
  • MAC层:OSI第2层(数据链路层)的另一部分,添加和识别MAC地址(硬件地址),用于局域网中节点之间识别
  • 物理层(PLCP/PMD层)

Definition (CSMA/CA)

  1. 经侦听,如果介质空闲,等 IFS,若仍空闲则发送
  2. 如果介质忙,持续侦听,一旦空闲立即发送
  3. 在发送前等待 IFS,若遇到不空闲,进行二进制指数退后再传输

Last Updated 6/10/2025, 5:03:18 AM