- 媒体接入控制MAC
★★★3.6 媒体接入控制MAC
- 前面所讨论的都是一条链路上的数据通信的相关内容，包括封装成帧、差错检测、可靠传输、PPP 协议等，是对一条链路来说的；而接下来要讨论的是在一个网络内的数据通信的相关内容。
3.6.1 媒体接入控制的基本概念
由前所述，在使用总线型网络的时候，当连接在总线上的两台主机同时使用总线发送数据时，就会发生 “碰撞” 问题，因此，共享信道要着重考虑的一个问题就是：如何协调多个发送和接收站点对一个共享传输媒体的占用，即媒体接入控制 MAC （Medium Access Control）。
媒体接入控制的基本分类如下图所示：
3.6.2 媒体接入控制 - 静态划分信道
信道复用
信道复用：通过一条物理线路，同时传输多路用户的信号。
当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。
常见的信道复用技术有：频分复用 FDM、时分复用 TDM、波分复用 WDM、码分复用 CDM。
频分复用
如下图所示，将传输线路的频带资源划分成多个子频带，形成多个子信道，各子信道之间需要留出隔离频带，以免造成子信道之间的干扰。当多路信号输入一个多路复用器时，这个复用器将每一路信号调制到不同频率的载波上，接收端由相应的分用器通过滤波将各路信号分开，将合成的复用信号恢复成原始的多路信号。
时分复用
波分复用
★码分复用
与 FDM 和 TDM 不同，CDM 的每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信，原因在于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，各用户之间不会造成干扰。
★码分复用应用举例
如下图所示有四个站点 A、B、C、D，其中站 A 发送比特 1 ，则相当于发送它自己的 m bit 码片序列，为简单起见，用 “A” 来表示，同理，站 B 发送比特 0 ，则相当于发送它自己的 m bit 码片序列的二进制反码，为简单起见，用 “B反” 来表示，而站 C 未发送比特。最后，站 D 接收到的是站 A 和站 B 所发送信号的叠加信号 “A+B反”，然后站 D 对接收到的信号进行下面的处理：
用收到的码片序列分别与各站的码片序列进行求内积运算。若计算结果为数值1,则被判断的站发送了比特1; 若计算结果为数值-1,则被判断的站发送了比特0;若计算结果为数值0,则被判断的站未发送数据。
3.6.3 随机接入 - CSMA/CD 协议
★CSMA/CD 协议
CSMA/CD，即载波监听多址接入/碰撞检测，属于媒体接入控制中的动态接入控制，来解决 “碰撞” 问题，是总线型局域网所使用的。
- 多址接入（MA：Mutiple Access）：多个主机（也可称为站点或站）连接在一条总线上，竞争使用总线；
- 载波监听（CS：Carrier Sense）：每个站在发送帧之前要先检测一下总线上是否有其他站点在发送帧（先 “听” 后 “说”）；
- 碰撞检测（CD：Collision Detection）：每个正在发送帧的站边发送边检测 “碰撞” （边 ’说“ 边 ”听“）。
注意：96 比特时间指的是发送 96 个比特所需要的时间，也称为帧间最小间隔，其作用是使接收方可以检测出一个帧的结束，同时也使得其他站点都能有机会平等竞争信道并发送帧。
★争用期（碰撞窗口）
假设以太网的单程端到端传播时延为 t，则以太网的端到端往返传播时延 2t 就称为争用期或碰撞窗口。
只有在发送帧的站点经过争用期这段时间还没有检测到发生碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。
最小帧长
以太网规定最小帧长为 64 字节（512 比特），512 比特时间即为争用期。
最小帧长确保了主机可在帧发送完成之前就检测到该帧在发送过程中是否发生了碰撞。
最小帧长 = 争用期 * 数据传输速率。
最大帧长
截断二进制指数退避算法
信道利用率
★CSMA/CD 帧流程图
帧发送流程图：
帧接收流程图：
3.6.4 随机接入 - CSMA/CA 协议
★CSMA/CA 协议
CSMA/CA，即载波监听多址接入/碰撞避免，属于媒体接入控制中的动态接入控制，来解决 “碰撞” 问题，是无线型局域网所使用的。
- 多址接入（MA：Mutiple Access）；
- 载波监听（CS：Carrier Sense）；
- 碰撞避免（CD：Collision Avoidance）。
隐蔽站问题：未能检测出信道上其他站点信号的问题。
注意：由于 CSMA/CA 协议用于无线型局域网，所以需要进行可靠传输，在 802.11 标准中，使用停止 - 等待协议来进行可靠传输。
帧间间隔
帧间间隔 IFS（InterFrame Space）：所有的站点，必须在持续检测到信道空闲一段指定时间后才能发送帧，这段时间称为帧间间隔 IFS。
★CSMA/CA 工作原理
如下图所示，源站向目的站发送帧，首要的条件是当前信道空闲，当源站发现当前信道空闲后，先等待 DCF 帧间间隔 DIFS，然后向目的站发送第 1 帧，目的站接收到帧后，等待短帧间间隔 SIFS，然后向源站发送 ACK 帧。
- 源站发现当前信道空闲后，先等待 DCF 帧间间隔 DIFS，然后向目的站发送第 1 帧：原因在于考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送。若有，就要让高优先级帧先发送。
- 目的站等待短帧间间隔 SIFS，然后向源站发送 ACK 帧：SIFS 是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧，在这段时间内，一个站点应当能够从发送方式切换到接收方式。
★CSMA/CA 退避算法
- 注意：这里的 ”帧“ 的时间指的是从源主机开始发送帧到源主机接收到目的主机发送的 ACK 帧所需的时间。
信道预约和虚拟载波监听
信道预约
虚拟载波监听机制
- 除 RTS 帧和 CTS 帧会携带通信需要持续的时间，数据帧也能携带通信需要持续的时间，这称为802.11的虚拟载波监听机制。