介質訪問控制
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中文名 : 介質訪問控制 |
介質訪問控制(medium access control)簡稱MAC。 是解決當局域網中共用信道的使用產生競爭時，如何分配信道的使用權問題。
它定義了數據幀怎樣在介質上進行傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，對連接介質的訪問是"先來先服務"的。物理尋址在此處被定義，邏輯拓撲(信號通過物理拓撲的路徑)也在此處被定義。線路控制、出錯通知(不糾正)、幀的傳遞順序和可選擇的流量控制也在這一子層實現。[1]
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基本簡介
介質訪問控制(medium access control)簡稱MAC。 是解決當局域網中共用信道的使用產生競爭時，如何分配信道的使用權問題。
它定義了數據幀怎樣在介質上進行傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，對連接介質的訪問是"先來先服務"的。物理尋址在此處被定義，邏輯拓撲(信號通過物理拓撲的路徑)也在此處被定義。線路控制、出錯通知(不糾正)、幀的傳遞順序和可選擇的流量控制也在這一子層實現。
簡介
局域網的數據鏈路層分為邏輯鏈路層LLC和介質訪問控制MAC兩個子層。
邏輯鏈路控制(Logical Link Control或簡稱LLC)是局域網中數據鏈路層的上層部分，IEEE 802.2中定義了邏輯鏈路控制協議。用戶的數據鏈路服務通過LLC子層為網絡層提供統一的接口。在LLC子層下面是MAC子層。
MAC(medium access control)屬於LLC(Logical Link Control)下的一個子層。局域網中目前廣泛採用的兩種介質訪問控制方法，分別是:
1 爭用型介質訪問控制，又稱隨機型的介質訪問控制協議，如CSMA/CD方式。
2 確定型介質訪問控制，又稱有序的訪問控制協議，如Token(令牌)方式
CSMA/CD工作原理
在CSMA中，由於信道傳播時延的存在，即使通信雙方的站點都沒有偵聽到載波信號，在發送數據時仍可能會發生衝突，因為他們可能會在檢測到介質空閒時同時發送數據，致使衝突發生。儘管CSMA可以發現衝突，但它並沒有先知的衝突檢測和阻止功能，致使衝突發生頻繁。
一種CSMA的改進方案是使發送站點在傳輸過程中仍繼續偵聽介質，以檢測是否存在衝突。如果兩個站點都在某一時間檢測到信道是空閒的，並且同時開始傳送數據，則它們幾乎立刻就會檢測到有衝突發生。如果發生衝突，信道上可以檢測到超過發送站點本身發送的載波信號幅度的電磁波，由此判斷出衝突的存在。一旦檢測到衝突，發送站點就立即停止發送，並向總線上發一串阻塞信號，用以通知總線上通信的對方站點，快速地終止被破壞的幀，可以節省時間和帶寬。這種方案就是本節要介紹的CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，載波偵聽多路訪問/衝突檢測協議)，已廣泛應用於局域網中。
所謂載波偵聽(Carrier Sense)，意思是網絡上各個工作站在發送數據前都要確認總線上有沒有數據傳輸。若有數據傳輸(稱總線為忙)，則不發送數據;若無數據傳輸(稱總線為空)，立即發送準備好的數據。
所謂多路訪問(Multiple Access)，意思是網絡上所有工作站收發數據共同使用同一條總線，且發送數據是廣播式的。
所謂衝突(Collision)，意思是若網上有兩個或兩個以上工作站同時發送數據，在總線上就會產生信號的混合，這樣哪個工作站都辨別不出真正的數據是什麼。這種情況稱為數據衝突，又稱為碰撞。
為了減少衝突發生後的影響，工作站在發送數據過程中還要不停地檢測自己發送的數據，看有沒有在傳輸過程中與其他工作站的數據發生衝突，這就是衝突檢測(Collision Detected)。
1.CSMA/CD衝突檢測原理
CSMA/CD是標準以太網、快速以太網和千兆以太網中統一採用的介質爭用處理協議(但在萬兆以太網中，由於採用的是全雙工通信，所以不再採用這一協議)。之所以稱之為"載波偵聽"("載波"就是承載信號的電磁波)，而不是稱之為"介質偵聽"，那是因為如果介質上正在有載波存在，則證明介質處於忙的狀態(因為信號或者數據不是直接傳輸的，而是通過電磁載波進行的);如果沒有載波存在，則介質是空閒狀態。也就是通過載波的檢測，可以得知介質的狀態，而不能直接來偵聽介質本身得出其空閒狀態。
【說明】其實這裡偵聽的應該是"信道"，而不是"介質"本身，因為在一條傳輸介質中，可能包含有多條信道，用於不同的傳輸鏈路。
前面說了，CSMA/CD相對CSMA來說的進步就是具有衝突檢測功能，隨之問題就來了，CSMA/CD是如何檢測衝突呢?
CSMA/CD的工作原理可以用以下幾句話來概括:
先聽後說，邊聽邊說。
一旦衝突，立即停說。
等待時機，然後再說。
這裡的"聽"即監聽、檢測之意;"說"即發送數據之意。具體的檢測原理描述如下:
(1)當一個站點想要發送數據的時候，它檢測網絡查看是否有其他站點正在傳輸，即偵聽信道是否空閒。
(2)如果信道忙，則等待，直到信道空閒;如果信道空閒，站點就準備好要發送的數據。
(3)在發送數據的同時，站點繼續偵聽網絡，確信沒有其他站點在同時傳輸數據才繼續傳輸數據。因為有可能兩個或多個站點都同時檢測到網絡空閒然後幾乎在同一時刻開始傳輸數據。如果兩個或多個站點同時發送數據，就會產生衝突。若無衝突則繼續發送，直到發完全部數據。
(4)若有衝突，則立即停止發送數據，但是要發送一個加強衝突的JAM(阻塞)信號，以便使網絡上所有工作站都知道網上發生了衝突，然後，等待一個預定的隨機時間，且在總線為空閒時，再重新發送未發完的數據。
CSMA/CD控制方式的優點是:原理比較簡單，技術上易實現，網絡中各工作站處於平等地位，不需集中控制，不提供優先級控制。但在網絡負載增大時，發送時間增長，發送效率急劇下降
令牌訪問控制工作原理
令牌訪問控制方法可分為令牌環訪問控制和令牌總線訪問控制兩類。目前已較少採用令牌總線訪問控制。
下面介紹令牌環訪問控制原理。
應用
不管是在傳統的有線局域網(LAN)中還是在目前流行的無線局域網(WLAN)中，MAC協議都被廣泛地應用。在傳統局域網中，各種傳輸介質的物理層對應到相應的MAC層，目前普遍使用的網絡採用的是IEEE802.3的MAC層標準，採用CSMA/CD訪問控制方式;而在無線局域網中，MAC所對應的標準為IEEE802.11，其工作方式採用DCF(分布控制)和PCF(中心控制)。