三．多路访问控制（MAC）协议
1. 两类链路
（1）点对点链路：拨号接入的PPP、以太网交换机与主机间的点对点链路
（2）广播链路（共享介质）：早期的总线以太网、HFC的上行链路、802.11无线局域网
2. 基本概念
（1）单一共享广播信道
（2）两个或两个以上结点同时传输，则发生冲突；结点同时接收到两个或多个信号，则接受失败
（3）采用分布式算法决定结点如何共享信道，即决策结点何时可以传输数据
（4）MAC协议基于信道本身，通信信道共享协调信息
3. 理想MAC协议
（1）给定：速率为R bps的广播信道
（2）期望
·当只有一个结点希望传输数据时，以速率R发送
·M个结点期望发送数据时，每个结点的平均发送速率为R/M、
·完全分散控制“无需特定结点协调、无需时钟、时隙同步
·简单
4. MAC协议分类
（1）信道划分MAC协议：多路复用技术，TDMA、CDMA、WDMA、FDMA
·TDMA：周期性接入信道，每个站点再每个周期占用固定长度的时隙，未用时隙空闲
·FDMA：信道频谱划分为若干频带，每个站点分配一个固定的频带，无传输频带空闲
（2）随机访问MAC协议：信道不划分，允许冲突，采用冲突恢复机制
·需要定义：冲突检测、冲突恢复
·典型随机访问协议：时隙ALOHA、ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA
（3）轮转访问MAC协议：结点轮流使用信道
5. 时隙ALOHA协议
（1）假定
·所有帧大小相同，时间被划分为等长的时隙
·结点只能在时隙开始时刻发送帧，结点间时钟同步
·如果两个或两个以上结点在同一时隙发送帧，结点即检测到冲突
（2）运行
·如果无冲突，当结点有新的帧时，在下一个时隙发送
·有冲突，在下一个时隙以概率p重传该帧，直到成功
（3）示例
（4）优点：单个结点活动时占据全部速率，高度分散化，简单
（5）缺点：冲突浪费时隙，结点也许能以远小于分组传输时间检测到冲突、时钟同步
（6）效率：长期运行时成功发送帧的时隙所占比例
·假设：N个结点有很多帧待传输，每个结点在每个时隙均以概率p发送数据
·对于给定结点，在一个时隙成功的概率为p × (1 - p)^(N - 1)
·对于任意结点，在一个时隙成功的概率为Np × (1 - p)^(N - 1)
·最大效率：求得使Np × (1 - p)^(N - 1)最大的p*
·对于很多结点，当N趋于无穷时，可得最大效率为1/e = 0.37
6. （纯）ALOHA协议
（1）无同步，有新的帧，立即发送
（2）冲突可能性更大：易损时间区为两个时隙，比时隙ALOHA多一个
（3）P(给定结点成功发送帧) = p × (1 - p)^(2(N - 1)) = 1/2e = 0.18
7. 载波监听多路访问MAC协议
（1）CSMA：发送帧之前，监听信道
·信道空闲：发送完整帧
·信道忙：推迟发送
- 1-坚持：一直监听
- 非坚持：随机等待一段时间后监听
- P-坚持：以概率P一直监听，概率(1 - P)随机等待
·信号传播延迟仍可能导致冲突，继续发送冲突帧造成资源浪费
（2）CSMA/CD：带有冲突信号检测
·边发送边检测或短时间内可检测冲突，冲突后传输中止，减少信道浪费
·冲突检测
- 有线局域网：可测量信号强度，比较发射与接收信号
- 无线局域网：由于信号衰减很难实现，接收信号强度淹没在本地发射信号强度下
·示例
·效率 = 1 / (1 + 5tprop / ttrans)
- tprop：LAN中两个结点间的最大传播延迟
- ttrans：最长帧传输延迟
- tprop趋近于0或ttrans趋近于无穷时，效率趋近于1
8. 轮转访问MAC协议
（1）轮询
·主结点轮流邀请从属结点发送数据
·典型应用：哑从属设备
·问题：轮询开销、等待延迟、单点故障
（2）令牌传递
·控制令牌（一个特殊帧）依次从一个结点传递到下一个结点
·问题：令牌开销、等待延迟、单点故障（如果令牌丢失，主结点补发）