计算机网络中的多种访问协议

多路访问协议是一组用于计算机网络中的规则，它们负责控制多个设备如何共享和访问同一通信通道。由于多个设备同时传输数据可能会导致数据冲突和数据丢失，因此这些协议通过协调每个设备何时以及以何种方式发送数据，从而确保对共享介质的合理使用、公平分配与高效利用。

注意：这些协议通过控制哪些设备可以发送数据、何时发送数据以及如何处理冲突来管理网络流量。如果没有这些协议，同时进行的传输会导致干扰和数据包丢失，从而严重影响系统的性能。

在OSI模型中所扮演的角色

数据链路层负责在节点之间传输数据。它有两个主要功能：

1. 数据链路控制（DLC）：通过帧结构以及错误控制与流量控制机制（例如Stop-and-Wait ARQ），确保数据传输的可靠性。
2. 多路访问控制（MAC）：当多个站点共享同一频道时，能够管理访问权限。也就是说，这些站点之间没有独立的连接通道。

多种接入协议的类型

多路访问协议可以分为三种主要类型：

• 随机访问协议
• 受控访问协议
• 通道化协议

随机访问协议

在这种方法中，所有基站的优先级都是相同的。传输决策则基于通道的状态来决定——通道是空闲状态还是处于繁忙状态。以下是该方法的优点：

• 传输的顺序并不固定。
• 没有固定的时间段分配。

ALOHA

• 专为无线局域网和共享媒体而设计。
• 多个站点可以同时进行传输，这会导致碰撞的发生。

Aloha的几种类型：

• 纯ALOHA
• 带槽的ALOHA

2. CSMA（载波感知多路访问）

在传输之前，各个站点会先检测一下传输介质的状态：

• 如果处于空闲状态，则进行传输。
• 如果很忙的话，那就等待吧。

CSMA的几种类型：

• CSMA/CD（碰撞检测）
• CSMA/CA（冲突避免机制）

注意：由于传播延迟的原因，它仍然容易受到碰撞的影响。

受控访问协议

在这里，各个设备会轮流使用这个通道，从而避免了冲突的发生。例如：

• 预订：在传输之前，各个站点会先预留出相应的通道或位置。
• 民意调查：中央控制器会依次查询每个设备的情况。
• 代币传递：会传递一个令牌（一种特殊的数据包）；只有持有该令牌的设备才能进行传输。

通道化协议

带宽被划分并分配出来，这样多个用户就可以同时进行数据传输了。

频分多址技术（FDMA）

• 带宽被划分为不同的频段。
• 保护带可以防止信号重叠。

2. 时分多址技术（Time Division Multiple Access）

• 时间被划分为不同的时间段。
• 每个站点只在其指定的时间段内传输数据。
• 需要同步处理。

3. 码分多址技术（CDMA）

• 所有车站都使用独特的编码来同时传输信号。
• 广泛应用于移动通信领域。

4. 正交频分多址接入（OFDMA）

• 带宽被划分为多个较小的子载波。
• 广泛应用于4G/5G网络中，以实现高数据传输速率。
• 具有高处理能力，同时支持多媒体功能。
• 复杂的设计结构，高功率需求。

5. 空间分割多址接入技术（SDMA）

• 使用多天线技术（MIMO）。
• 将用户在空间上分开。
• 提升了数据传输速率和信号质量。

多路访问协议的特点

• 基于争用的访问方式：各种设备都在争夺相同的频道资源。
• 载波侦听：在传输之前，会先对介质进行检测。
• 碰撞处理：检测方式：CSMA/CD；或避免方式：CSMA/CA。
• 代币传递：顺序访问控制。
• 带宽利用率：具体数值会因协议的效率而有所不同。