三．多路訪問控制（MAC）協議

1. 兩類鏈路

（1）點對點鏈路：撥號接入的PPP、乙太網交換機與主機間的點對點鏈路

（2）廣播鏈路（共享介質）：早期的匯流排乙太網、HFC的上行鏈路、802.11無線區域網

2. 基本概念

（1）單一共享廣播通道

（2）兩個或兩個以上結點同時傳輸，則發生衝突；結點同時接收到兩個或多個訊號，則接受失敗

（3）採用分散式演算法決定結點如何共享通道，即決策結點何時可以傳輸資料

（4）MAC協議基於通道本身，通訊通道共享協調資訊

3. 理想MAC協議

（1）給定：速率為R bps的廣播通道

（2）期望

　　·當只有一個結點希望傳輸資料時，以速率R

　　·M個結點期望傳送資料時，每個結點的平均傳送速率為R/M、

　　·完全分散控制“無需特定結點協調、無需時鐘、時隙同步

　　·簡單

4. MAC協議分類

（1）通道劃分MAC協議：多路複用技術，TDMA、CDMA、WDMA、FDMA

　　·TDMA：週期性接入通道，每個站點再每個週期佔用固定長度的時隙，未用時隙空閒

　　·FDMA：通道頻譜劃分為若干頻帶，每個站點分配一個固定的頻帶，無傳輸頻帶空閒

（2）隨機訪問MAC協議：通道不劃分，允許衝突，採用衝突恢復機制

　　·需要定義：衝突檢測、衝突恢復

　　·典型隨機訪問協議：時隙ALOHA

（3）輪轉訪問MAC協議：結點輪流使用通道

5. 時隙ALOHA協議

（1）假定

　　·所有幀大小相同，時間被劃分為等長的時隙

　　·結點只能在時隙開始時刻傳送幀，結點間時鐘同步

　　·如果兩個或兩個以上結點在同一時隙傳送幀，結點即檢測到衝突

（2）執行

　　·如果無衝突，當結點有新的幀時，在下一個時隙傳送

　　·有衝突，在下一個時隙以概率p重傳該幀，直到成功

（3）示例

（4）優點：單個結點活動時佔據全部速率，高度分散化，簡單

（5）缺點：衝突浪費時隙，結點也許能以遠小於分組傳輸時間檢測到衝突、時鐘同步

（6）效率：長期執行時成功傳送幀的時隙所佔比例

　　·假設：N個結點有很多幀待傳輸，每個結點在每個時隙均以概率p傳送資料

　　·對於給定結點，在一個時隙成功的概率為p × (1 - p)^(N - 1)

　　·對於任意結點，在一個時隙成功的概率為Np × (1 - p)^(N - 1)

　　·最大效率：求得使Np × (1 - p)^(N - 1)最大的p*

　　·對於很多結點，當N趨於無窮時，可得最大效率為1/e = 0.37

6. （純）ALOHA協議

（1）無同步，有新的幀，立即傳送

（2）衝突可能性更大：易損時間區為兩個時隙，比時隙ALOHA多一個

（3）P(給定結點成功傳送幀) = p × (1 - p)^(2(N - 1)) = 1/2e = 0.18

7. 載波監聽多路訪問MAC協議

（1）CSMA：傳送幀之前，監聽通道

　　·通道空閒：傳送完整幀

　　·通道忙：推遲傳送

　　　　- 1-堅持：一直監聽

　　　　- 非堅持：隨機等待一段時間後監聽

　　　　- P-堅持：以概率P一直監聽，概率(1 - P)隨機等待

　　·訊號傳播延遲仍可能導致衝突，繼續傳送衝突幀造成資源浪費

（2）CSMA/CD：帶有衝突訊號檢測

　　·邊傳送邊檢測或短時間內可檢測衝突，衝突後傳輸中止，減少通道浪費

　　·衝突檢測

　　　　- 有線區域網：可測量訊號強度，比較發射與接收訊號

　　　　- 無線區域網：由於訊號衰減很難實現，接收訊號強度淹沒在本地發射訊號強度下

　　·示例

　　·效率 = 1 / (1 + 5tprop / ttrans)

　　　　- tprop：LAN中兩個結點間的最大傳播延遲

　　　　- ttrans：最長幀傳輸延遲

　　　　- tprop趨近於0或ttrans趨近於無窮時，效率趨近於1

8. 輪轉訪問MAC協議

（1）輪詢

　　·主結點輪流邀請從屬結點發送資料

　　·典型應用：啞從屬裝置

　　·問題：輪詢開銷、等待延遲、單點故障

（2）令牌傳遞

　　·控制令牌（一個特殊幀）依次從一個結點傳遞到下一個結點

　　·問題：令牌開銷、等待延遲、單點故障（如果令牌丟失，主結點補發）