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（一）简介
传输数据使用的两种链路：
点对点链路
两个相邻节点通过一个链路选关联没有第三者。应用：PPP协议，常用于广域网。（例：两个人打电话）
广播式链路
所有主机共享通信介质。应用：早期的总线以太网、无线局域网，常用于局域网。（例：工地上用对讲机）
典型的拓扑结构：总线型、星型（逻辑总线型）
介质访问控制
介质访问控制：采取一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生相互干扰的情况。（比如两个对讲机同时说话这样两方都无法获取信息）
一、静态划分信道（信道划分介质访问控制）
1.频分多路复用（FDM）
2.时分多路复用（TDM）
3.波分多路复用（WDM）
4.码分多路复用（CDM）
二、动态分配信道
（1）轮询访问介质访问控制
令牌传递协议
（2）随机访问介质访问控制
ALOHA协议
CSMA协议
CSMA/CD协议
CSMA/CA协议
（二）静态划分信道（预先分配信道）
信道划分介质访问控制
信道划分介质访问控制：将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备。
多路复用技术：把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道利用率。（把多个信号拧在一起发送出去，在接收端地时候再分离开）
把一条广播信道，逻辑上分成几条用于两个节点之间通信的互不干扰的信道，实际上就是把广播信道转变为点对点信道
（1）频分多路复用FDM
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（频率带宽）资源（对讲机用不同的频段）
优点：充分利用传输介质带宽，系统效率较高；由于技术比较成熟，实现也比较容易。
（2）时分多路复用TDM
交替使用信道。将时间划分为一段段等长的时分复用帧。将时间划分为一段段等长在这里插入代码片的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道。（例：三个对讲机。我先说，说固定时间的信息，我说完了我女朋友说，我女朋友说完我老婆说，嘤，然后我继续说，这样重复下去）
改进的时分复用–统计时分复用STDM
每个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中，一个STDM帧满了就发出。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配时隙。
注：统计时分复用不像TDM时分复用一样一个TDM帧中每个用户都占有一个时隙。而是STDM帧中的时隙数小于用户数，用户有数据了就去用时隙，时隙数凑满了STDM帧就发送。
（3）波分多路复用WDM
波分多路复用就是光的频分多路复用，在一根光纤中传输不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。
（4）码分多路复用CDM
码分多址（CDMA）是码分复用的一种方式。
1）每个比特分为多个码片/芯片（chip），每一个站点被指定一个唯一的m位的芯片序列
2）发送1时站点发送芯片序列，发送0时发送芯片序列反码（一个规定：通常把0写成-1的形式）
3）如何不打架：多个站点同时发送数据的时候，要求各个站点芯片序列相互正交 （也就是他们的芯片序列对应位相乘再相加再除以总的位数）
4）如何合并：各路数据在信道中被线性相加
5）如何分离：合并的数据和源站规格化内积
例：现在A和B站点要传输到C站点。A要发送的数据是10.B要发送的数据是01
假设A站点对应的芯片序列+1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1
A的1对应的芯片序列为 +1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1
那么A的0对应的就是芯片序列的反码 -1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1
——
假设B站点对应的芯片序列 -1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1
B的1对应的就是 -1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1
B的0对应的就是 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 -1
如何AB发送数据的时候不产生干扰：即A和B的芯片序列正交
如何合并在一块传送数据：线性相加。比如AB都发1:0 0 -2 +2 0 +2 +2 0
如何分离数据：和并的数据和源站规格化内积。
合并的数据值得是刚线性相加的数据。
源站值原站点的芯片序列
比如现在判断以下A发的什么，（0 0 -2 +2 0 +2 +2 0）*（+1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1）=0+0+2+2+0+2+2+0/8=1就判断出来了
注：信道划分介质访问控制是基于多路复用技术划分资源
当网络负载重的时候，共享信道效率高，且公平
当网络负载轻的时候，共享信道效率低
（三）动态分配信道
动态分配信道又叫做动态媒体接入控制/多点接入。特点是：信道并非在用户通信时固定分配给用户。用户占用的带宽更大。
一、轮询访问介质访问控制
既要不产生冲突，又要发送时占全部带宽
轮询协议
主结点轮流邀请从属结点发送数据。
问题：1.轮询开销
2.等待延迟
3.单点故障
令牌传递协议
令牌：一个特殊格式的MAC控制帧，不含任何信息。控制信道的使用，确保同一时刻只有一个结点独占信道。令牌环网无碰撞。每个结点都可以在一定的时间内（令牌持有时间）获得发送数据的权力，并不是无限制地持有令牌
问题：1.令牌开销2.等待延迟3.单点故障
应用于令牌环网（物理星型拓扑，逻辑环形拓扑）
采用令牌传送方式地网络常用于负载较重、通信量较大地网络中。
二、随机访问介质访问控制
网络负载重：产生冲突开销
网络负载轻：共享信道效率高，单个节点可利用信道全部带宽。
所有的用户可随机发送信息。发送信息时占全部带宽。可能不协调从而产生冲突。
（1）ALOHA协议
纯ALOHA协议思想：不监听信道，不按时间槽发送，随机重发。想发就发。
1）冲突如何检测？如果发生冲突，接收方在就会检测出差错，然后不予确认，发送方在一定时间内收不到就判断发生冲突。
2）冲突如何解决？超时后等一随机事件再重传。
时隙ALOHA协议：
时隙ALOHA协议的思想：把时间分成若干个相同的时间片，所有用户在时间片开始时刻同步接入网络通道，若发生冲突，则必须等到下一时间片开始时刻再发送。（控制了想发就发的随意性）
注：1.纯ALOHA比时隙ALOHA吞吐量更低，效率更低
2.纯ALOHA想发就发，时隙ALOHA只有在时间片段开始时才能发送
（2）CSMA协议（carrier sense multiple access 载波监听多路访问协议）
CS：载波侦听，每一个站在发送数据之前要检测一下是否有其他计算机在发送数据
补充：当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限时，就认为总线上至少有两个站在同时发送数据，表明产生了碰撞，即发生冲突。
MA：多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上
协议思想：发送帧之前，监听信道
1-坚持CSMA
坚持指的是对监听信道忙之后的坚持
1-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送信息，那么它先监听信道。空闲则直接传输，不必等待。忙则一直监听，知道空闲马上传输。如果有冲突（一段时间内未收到肯定回复），则持续监听，重复上述过程。
优点：只要媒体空闲，站点就马上发送，避免了媒体利用率的损失
2-非坚持CSMA
非坚持指的是对于监听信道忙之后就不继续监听
非坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。空闲则直接传输，不必等待。忙则等待一个随机的时间后再进行监听。
优点：采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性
缺点：可能存在大家都在延迟等待过程中，媒体仍可能处于空闲状态，媒体使用率低。
p-坚持CSMA
p-坚持指的是对于监听信道空闲的处理。
p-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。空闲则以p概率直接传输，不必等待；概率1-p等待到下一个时间槽再传输。忙则等待一个随机的时间之后再进行监听
优点：既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的这种方案
缺点：发生冲突后还是坚持把数据帧发送完，造成了浪费。
例：疫情在家，哈利、罗恩、赫敏三个人想吃麦当劳，分别打电话叫外卖。哈利占线也继续打，直到打通为止。罗恩打电话占线，就挂了电话，等待一段随机时间后再继续打。赫敏有小脾气，打电话不通，就过一段随机时间再继续打，如果通了的话，有p概率马上说想吃啥，有1-p的概率等待一个固定时间后再说话。
但到目前为止，还没有考虑传播时延对载波侦听的影响。也就是就算打电话通了，也有可能突然互相占线（collision）导致前功尽弃
CSMA/CD协议就是考虑到这种情况后的一个完善。在发送的时候也监听信道，如果发生碰撞了就停止发送数据。使数据避免浪费，节省了带宽和资源。
（3）CSMA/CD协议（carrier sense multiple access with collision detection）载波侦听多点接入碰撞检测
应用于半双工总线型网络
CS\MA\CD解释
CS：载波侦听，每一个站在发送数据之前和发送数据时要检测一下是否有其他计算机在发送数据
补充：当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限时，就认为总线上至少有两个站在同时发送数据，表明产生了碰撞，即发生冲突。
MA：多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上
协
CD：碰撞检测（冲突检测），“边发送边监听“，适配器变发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。
传播时延对载波监听的影响
原因：电磁波再总线上总是以有限的速率传播的
截断二进制指数规避算法
（1）确定基本退避时间为争用期2τ
（2）定义一个参数k，它等于重传次数，但k不超过10，即k=min[重传次数，10].当重传次数不超过10的时候。k等于重传次数，当重传次数大于10的时候，k就不再增大而一直等于10
（3）从离散的数集合【0，1，，2^k-1】中随机取出一个数r，重传所需要退避的时间就是r倍的基本退避时间，即2rτ
（4）当重传达到16次仍然不成功的时候，说明网络太拥挤，认为此帧永远无法正确发出，抛弃此帧并向高层报告出错。
第一次重传，k=1，r从{0，1}中选
重传推迟时间为0或2τ，在这两个时间中随机选取一个
若再次碰撞，则在第二次在重传时，k=2，r从{0，1，2，3}中选
重传推迟时间为0或2τ或4τ或6τ，在这四个时间中随机选一个
若再次碰撞，则第三次重传时，k=3，r从{0，1，2，3，4，5，6，7}中选
最小帧长=2总线传播时延数据传输速率
以太网规定最短帧长为64B，凡是长度小于64B的都是由于冲突而异常中止的无效帧
(4)CSMA/CA协议 （载波侦听多点接入/碰撞避免CSMA/CAcarrier sense multiple access with collision avoidance）
为什么要有CSMA/CA协议？
CSMA/CA主要使用于无线局域网。（即应用场景不同）
无法做到360°全面碰撞检测
隐蔽站问题：当A和C都检测不到信号认为信道空闲时，同时向终端B发送数据帧，就会导致冲突。
CSMA/CA协议工作原理
（1）发送数据前，先检测信道是否空闲。
（2）空闲则发出RTS（request to send），RTS包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息；信道忙则等待。
（3）接收端收到RTS后，将响应CTS（clear to send）
（4）发送端收到CTS后，开始发送数据帧（同时预约信道：发送方告知其他站点自己要传多久的数据）
（5）接受端收到数据帧后，将用CRC来检验数据是否正确，正确响应ACK帧
（6）发送方收到ACK就可以进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传至规定重发次数为止（采用二进制指数退避算法来确定随机的推迟时间）
1.预约信道
2.ACK帧
3.RTS/CTS(可选)
