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  • 【知识强化】第三章 数据链路层 3.5 介质访问控制

    这节课我们来学习一下信道划分介质访问控制。

    首先我们来普及这样一个概念。在传输数据当中呢我们通常使用两种链路,一个是点对点链路,另一个就是广播式链路。那点对点顾名思义就是两个结点相连,一个点对着另一个点。具体来说呢就是两个相邻的结点通过一个链路相连,没有第三者。它的普遍的一个应用呢,就是PPP协议。这个是我们在之后的小节会讲到的,而这种点对点链路呢,它常用的一个网络类型就是广域网。我们举一个例子,假如说我和另一个朋友要通信,通过电话来通信,那其他人是不是听不到我们俩在电话里面究竟说了什么,所以说这种点对点链路是没有第三者的介入的。

    而广播式链路,自然就跟它不一样,跟它就相反。它是所有主机可以共享一个通信介质,就好像我们开一个party会大家去蹦迪,啊所有人都可以说话,这样你说的话可能很多人都能听得到。那这个空气相对于我们来说就是一个共享的通信介质,所有人通过空气这样一个介质来进行一个信息的传递。那因此,你说的信息可能很多人都能听到,这个就是广播式链路,有一种广播的感觉。那它的应用呢就是由早期的总线以太网、无线局域网,现在呢常用于局域网。这个无线局域网其实就是我们现在手机移动设备它上网的时候使用的这种网络就叫做无线局域网。那常用于局域网和这个常用于广域网的区别,我们来想一个例子。假如说你要跟你美国的一个朋友联系,那你们可能采用打电话或者微信视频,啊这样几种方式,那你通过这种方式的时候呢,其他的人是听不到你们之间说什么的,就好像我们刚才举的打电话的例子,没有第三者可以介入到你们的通话之中,啊除非你们是全视频全聊天,这个我们就不说。那我们再看广播式链路,广播式链路呢其实就是在一个局域网内的一种链路类型。比如说我们在一个村子里面,村子里我们知道范围很小,啊那这种范围很小的情况下呢,比如说我们收一个消息,啊我们就可以通过在村子里喊一声,说张三你过来一下,或者是李四你来我家拿个玉米,就是这种广播式链路呢,就是你发的消息,别人都听得到的,所有人都会共享你们通信的这样一个介质,自然也就是空气。所以广播式链路呢,适用于这样一个网络范围比较小的局域网。而点对点链路啊,适合于这个通信范围比较宽的,比较大的广域网。

    那再举这样一个例子。我们来理解一下广播式链路。广播式链路呢就类似于我们对讲机在通话。我们知道我一个对讲机,假如说我现在要跟你们说话,我现在就可以按下说话的键子,其他人呢如果同时按的话就会造成一个冲突,谁都说不了。但是呢如果我自己按,你们都没有人按,你们所有人都可以听得到信息,那这个就是广播式链路的一个特点。只要我发了一个信息,在这个链路上面的所有设备,所有主机全都能够收听得到。但是对于这个信息处不处理呢,就要看它的这个目的地址是不是自己。这个目的地址呢我们现在说起来比较早,其实在这个例子里面就是说,啊我说话的对象或者说我要指明的对象是不是你。如果是你的话,那你就接收这个信息,那其他人可能听到就拉倒了,就是这样一个意思。那广播式链路呢它典型的一个拓扑结构有两种:总线型以及星型。那这个星型啊,它是逻辑上的一个总线型,我们可以记是逻总,逻总就是逻辑上的总线型。

    那我们可以看一下总线型它的一个结构,就是这样。所有的主机呢都会挂在这样一个链路上面。假如说这样一个主机,A主机,它要给B发信息,那它所发的信息呢,到B之后,同时它也会到C。那基于这个C要不要接收呢,其实就看这个信息里面的目的地址是不是我。如果是我,我就留下。如果不是,我就丢弃。那B呢,检查到这个A发送的这个广播信息,这个目的地址是我,所以它就把这个信息收下,然后进行下一步的处理。

    那我们再来看一下星型。星型其实就是中间有一个东西,然后旁边呢有好几个东西,四散开来。那旁边的这几个东西其实就是我们的主机我们的设备。中间这个,在我们这个局域网当中常用的就是一个集线器。那这种星型的结构,为什么说它逻辑上是总线型呢?因为假如说这台主机A,要给主机B通信、发信息。它发过来的信息还是要全部传播到所有的集线器的所有端口,全部要传播到其他的主机上面来。那对于是不是自己的信息,还是像刚才一样,看一下目的地址是不是我。如果是我的话,就接收,不是我我就扔掉就丢弃。

    所以说这个星型呢其实逻辑上面也是一种总线型,它也是采用的它也是广播式链路常用的一种拓扑结构。因为这个总线型我们可以看到它一个弊端就是假如我们这个链路,这儿一块出现了问题,那A到B到C都到不了了,信息都到不了了。

    但是这个星型结构呢,它就是比较灵活,其中一条链路断了没关系,其他的链路照样可以正常地工作,啊这个就是星型总线型的一个区别。大家要记住它们都是广播式链路常用的几种拓扑结构。

    那我们再来说一下刚才这个对讲机的例子,假如说我要说一句话了。那你呢你要说一句话。那我们两个同声的话就会造成一个冲突,那么我们这两个结点或者说我们这两个人之间的通信,可能就会因为对方的干扰而失败。那我们这个链路层呢就要解决这个问题。采取一定的措施来使两个结点之间,两个结点之间的通信不会相互干扰。

    那这种措施呢就叫做介质访问控制。那介质访问控制的内容呢就是采取一定的措施,使得两对结点之间的通信不会发生互相干扰的情况。

    那对于介质访问控制啊,我们会给它分成两类。一类就是静态划分信道,另一类呢就是动态分配信道。那静态划分信道其实就是相当于我们这个信还没有开始通信之前,先把这个信道划分一下,或者说先给所有人规定一下咱们怎么通信。而这个动态分配信道呢,就是我们可能在通信的过程当中会遇到冲突。那我们遇到冲突,及时地把它控制,及时解决掉就可以了。那这种动态可以看到它是非常灵活的。

    那首先来看这个静态划分信道,它呢就叫做信道的划分介质访问控制,也是我们这节课要讲的内容。

    它主要包括四种控制的手法,一个是频分多路复用FDM,时分多路复用TDM,波分多路复用WDM以及码分多路复用CDM。那这个可能同学们看到这些英文单词就有点慌了,但是越慌咱们越要迎难而上。因为考察你的,就是要考察你慌的点,对不对。所以对于这几个英文,啊这几个英文字母大家一定要清楚。比如说频分多路复用,频嘛,频率Frequency对应的就是F。那这个时分呢,时间Time,T。波分呢就是Wave,波、波浪、波形。那码分呢就是Code,C、o、d、e,Code。所以这个我们直接对应它的中英文就可以。

    那接下来我们看这个动态分配信道,它呢包括两种。一种就是轮询访问介质访问控制。它的一个常用的协议是令牌传递协议,我们之后会细细讲。还有一个呢就是非常重要的随机访问介质访问控制,这个一定会出题,一定会出选择题的。那它具体分呢,还有几种协议。一个是ALOHA协议,CSMA协议,以及CSMA/CD协议,还有一个它对应的CSMA/CA协议。那这些英文,咱们也要区分开。因为它考试的时候可能会对于一种功能会问你这是哪个协议它所规定的功能,因此大家一定要清楚。那我们之后呢还会教大家一个方法,来去记忆这些协议的名字。

    那这里面,CSMA/CD以及这个CSMA/CA是非常重要的两个协议,在这里面给大家打一个预防针。

    好,那我们就先来看这节课要学的信道划分介质访问控制,也就是一种静态分配信道的方式。那信道划分介质访问控制呢就是将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备通信隔离开,把时域和频域资源合理地分配给网络上设备。

    假如说现在我们有两台主机要进行通信,A1和A2,B1和B2,C1和C2。那上面这三个小球呢,看起来有点像这个MM小Q豆。我们就把它当作每两对主机之间要传递的信息,啊用不同的颜色来标识它。

    那我们这里面先讲一个多路复用技术。多路复用技术呢就是把多个信号组合在一条物理信道上进行传输,使得多个计算机或者是终端设备共享信道资源,提高信道利用率。那具体来说就是把多个信号,拧成一捆,然后呢发送出去,到接收端的时候再把这个信号分离开来,那这个就是多路复用技术的一个大白话的理解。

    那形成图示呢,就是这个样子。

    中间这样一条信道呢就叫做共享信道。

    它们三个信号都可以在上面进行传输。我们现在看A1、B1和C1,把它们要发送的数据放到链路上了。

    接下来呢就采用一个复用器,那这个复用器呢相当于就把它们三个拧成一捆儿,

    把它们三个拧成一捆儿放到同样一个共享信道上面进行传输。

    那到了这个接收端这边呢,就会有一个分用器。

    那分用器的功能呢,就是把合起来的这个传输的信息,分别送到对应的终点。

    那我们可以看到这种多路复用技术呢,其实就是把一条广播信道,逻辑上啊分成两条

    这节课我们来讲一下ALOHA协议。

    首先我们来回顾一下之前所讲到的这个介质访问控制。它是在广播信道当中所应用的一种访问的控制。因为我们知道在广播信道当中如果各结点之间要进行通信的话,它们只能同一时间只有一个人在发送信息。但是如果有两个结点在同时发送信息呢就会导致我们信道上面发生这个信号的冲突问题。那这种现象是我们不希望看到的,因为只要发生了冲突我们这个通信就是失败的,就要再重新传信息。所以我们就需要对这个访它们共享的介质进行一个访问的控制。那主要分为两种,静态划分信道以及动态分配信道。那静态划分呢,是我们之前所讲的内容。就是在用户通信之前呢,预先地把信道按照时间或者是按照空间也就是按照时序或者频率等等来把这个信道进行一个划分,使得用户他们在通信过程当中呢不会发生碰撞,不会相互干扰。那这种预先分配信道的方式,我们称之为静态。

    那从这节课开始呢,我们就来讲动态分配信道,它也叫做动态媒体接入控制或者是多点接入。

    它一大特点就是,信道并非是在用户通信时候固定分配给用户的。所以说,我们可以看到这种动态分配信道呢用户可以占用的带宽就更大一点了。那这节课开始我们要先讲的是随机访问介质访问控制。

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