我所认识的介质访问控制方法

我所认识的介质访问控制方法

介质访问控制(medium access control)简称MAC，是用于解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。

数据链路层，位于IOS参考模型的第二层，是在物理层提供的服务的基础之上，向网络层提供服务。其中，数据链路层最基本的服务就是将源机网络层获取的数据可靠地传输到位于相邻节点的目标机网络层中去。其主要功能有：其一是如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；其二是如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；其三是在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。而介质访问控制MAC就是局域网的数据链路层的一个子层，位于链路层的下层。

局域网中目前广泛采用的两种介质访问控制方法，用于不同的拓扑结构，分别是：争用型介质访问控制，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD方式；确定型介质访问控制，又称有序的访问控制协议，如Token（令牌）方式。接下来就介绍这两种介质访问控制协议。

1、CSMA/CD

CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect ) 即载波监听多路访问/冲突检测机制，是争用型介质访问控制协议。最早的CSMA方法起源于美国夏威夷大学的ALOHA广播分组网络，1980年美国DEC、Intel和Xerox公司联合宣布以太网采用CSMA技术。

在CSMA中，由于信道传播随机时延的存在，即使通信双方的站点都没有侦听到载波信号，在传送数据时仍可能会发生碰撞冲突。因为他们可能会在检测到介质空闲时同时发送数据，致使冲突发生。尽管CSMA可以发现冲突，但它并没有先知的冲突检测和阻止功能，致使冲突发生频繁。因此，在CSMA访问协议的基础上添加了预先碰撞检测功能，形成了现在应用广泛的CSMA/CD。

CSMA/CD这种访问适用于总线型和树形拓扑结构，主要目的是提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。其工作原理是如下：

A.发送数据前，先侦听信道是否空闲。

B.若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间，至信道中的信息传输结束后再发送数据。

C.若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。

D.若侦听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试发送。

CSMA/CD控制方式的优点是原理比较简单、技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制、不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间将增长，发送效率会急剧下降。

2、Token Ring

Token（令牌）访问控制方法可分为令牌环（Token Ring）访问控制和令牌总线（Token Bus）访问控制两类。目前已较少采用令牌总线访问控制。那么下面就详细介绍一下令牌环访问控制。

令牌环（Token Ring）是一种LAN协议，定义在IEEE 802.5中。它是一种以环形网络拓扑结构为基础发展起来的局域网，因此也仅适用于环形拓扑结构的局域网。除了原本的环型方式以外，令牌环在物理组成上也可以是星型结构连接，但在逻辑上仍然以环的方式进行工作。其中所有的工作站都连接到一个环上，每个工作站只能同直接相邻的工作站传输数据。通过围绕环的令牌信息授予工作站传输权限。

令牌环的工作原理如下：

A.当无信息在环上传送时，令牌处于“空”状态，它沿环从一个工作站到另一个工作站不停地进行传递。

B.当某一工作站准备发送信息时，就必须等待，直到检测并捕获到经过该站的令牌为止。

C.然后，将令牌的控制标志从“空”状态改变为“忙”状态，并发送出一帧信息。

D.其他的工作站随时检测经过本站的帧，当发送的帧目的地址与本站地址相符时，就接收该帧，待复制完毕再转发此帧，直到该帧沿环一周返回发送站，并收到接收站指向发送站的肯定应签信息时，才将发送的帧信息进行清除，并使

令牌标志又处于“空”状态，继续插入环中。

E.当另一个新的工作站需要发送数据时，按前述过程，检测到令牌，修改状态，把信息装配成帧，进行新一轮的发送。

其中，令牌指的是包含控制信息的帧，用于控制网络站点接受传递数据的权限。

如果环上的某个工作站收到令牌并且有信息发送，它就改变令牌中的一位（该操作将令牌变成一个帧开始序列），添加想传输的信息，然后将整个信息发往环中的下一工作站。当这个信息帧在环上传输时，网络中没有令牌，这就意味着其它工作站想传输数据就必须等待。因此令牌环网络中不会发生传输冲突。

令牌环介质访问控制的传送方式：传送数据时会由掌握token的电脑先发送数据。接收数据的电脑会检查frame表头，若是送给自己的则处理之。无论是否是送给自己的，都会再传下去，传一圈后检查资料是否相同以确定资料没有传输错误。待送完数据後可以依需要调整token的优先度（改得比自己的优先度低），再把token传递到下一台电脑。若接收到token但优先度较自己的高，则得要把token传递到下一台电脑。

令牌环控制方式的优点是它能提供优先权服务，有很强的实时性，在重负载环路中，“令牌”以循环方式工作，效率较高。其缺点是控制电路较复杂，需要维护令牌，一旦失去令牌就无法工作，需要选择专门的节点监视和管理令牌。

3、Token Bus

Token Bus，即令牌总线，是一个使用令牌通过接入到一个总线拓扑的局域网架构。它的访问控制方式类似于令牌环，同样是一种利用“令牌”（token），在总线拓扑结构中作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。在采用令牌总线方法的局域网中，任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。但是，令牌总线是把总线形或树形网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。信息是双向传送，每个站都可检测到其它站点发出的信息。在令牌传递时，都要加上目的地址，所以只有检测到并得到令牌的工作站，才能发送信息，它不同于CSMA/CD方式，可在总线和树形结构中避免冲突。

这种控制方式的优点是各工作站对介质的共享权力是均等的，可以设置优先