计算机网络中的受控访问协议

在计算机网络中，控制访问协议负责管理多个设备如何共享同一通信介质。这些协议能够确保数据传输的公平性，避免冲突的发生，同时还能保持系统的效率。

注意：与随机访问方式（例如ALOHA、CSMA）不同，在受控访问方式中，各个站点并非可以随意进行传输。相反，它们遵循一种系统化的方法来决定哪个站点有权在特定的时间进行传输。

什么是受控访问？

在受控访问模式下，在传输数据之前，站点必须先获得访问该频道的许可。在任何给定时间，只有其中一个节点可以发送数据，从而避免了数据冲突的发生。这种协调是通过以下三种方法中的任何一种来实现的：

• 预订/预约
• 民意调查
• 令牌传递

预订/预约

在这种方法中，各个站点在传输之前会提前预留出相应的时间槽。时间线分为两部分：

• 预约间隔（固定长度）：分为多个时间段，每个时间段对应一个站点。
• 数据传输周期（长度可变化）：预留的站点会按照顺序发送数据。

例如：我如果有 M 个站点，那么预约间隔会被划分为 M 个时间段。每个站点都会通过在其对应的时间段内插入一个比特来表明自己的意愿。这样，只有被预约的站点才会在数据传输阶段进行传输。

优点/优势

• 可预测的访问时间和吞吐量。
• 可以设定优先级，以便更快地访问所需的内容。
• 支持针对实时音频/视频等应用程序的QoS（服务质量）管理。
• 高效的带宽利用。

缺点/不利因素

• 在轻负载情况下，性能会下降（即会有部分插槽被浪费）。
• 高度依赖受控的同步机制。

民意调查

在这里，控制器（主站）会依次向每个节点（从站）发送请求，以获取发送数据的权限。控制器会发送一条消息，其中包含目标站点的地址。收到消息的站点会做出回应。

• 如果有的话，会发送数据。

• 如果没有任何数据需要处理，那么就会发送一个NAK（拒绝响应）。

优点/好处

• 可预测的访问时间和带宽。
• 效率非常高，因为没有任何资源被浪费了。
• 可以分配优先级。

缺点/不利因素

• 由于需要发送轮询消息，因此会产生额外的开销。
• 对控制器可靠性的依赖程度很高。
• 在负载较轻的情况下，处理时间会有所延长。

效率公式

η = \(\frac{T_t}{T_t + T_{poll}}\)

其中：

• T_t =数据传输时间
• T_{poll} =投票所需的处理时间

代币传递机制

在令牌传递机制中，各个站点之间是逻辑上相互连接的（即形成一个环形或总线结构）。一种被称为“令牌”的特殊帧会在各个站点之间传递。

• 该令牌代表了传输的权限。
• 只有当某个站点持有该令牌时，它才能发送数据。
• 如果还没有数据可供使用，那么这个令牌就会直接被传递下去。

令牌传递常见的实现方式

• 令牌环网– 在环形拓扑结构中传递的令牌。
• 代币公交系统这些站点使用公交车作为传输介质，同时按照预定义的逻辑顺序传递令牌。

优点/优势

• 在高压负载下仍能保持出色的性能。
• 内置了错误恢复和调试功能。
• 可预测的吞吐量。

缺点/不利因素

• 昂贵的设备与硬件配置。
• 代币管理方面的问题（如丢失或重复的代币、站点故障等）。
• 复杂的实施过程。

性能参数

• 延迟：平均延迟时间=a/N在那里a = T_p/T_t.
• 吞吐量：

对于 a<1a < 1a<1：S = \frac{1}{1 + a/N}
2. 当 a > 1 时，即 a > 1a > 1。S = \frac{1}{a(1 + 1/N)}

其中：

• N =车站数量
• T_p =传播延迟
• T_t =传输延迟

受控访问方法的比较