田慶吉

摘 要 介紹了介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)的基本概念，對(duì)局域網(wǎng)中幾種介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞 局域網(wǎng)特性；環(huán)形網(wǎng)絡(luò)；介質(zhì)訪問(wèn)控制方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）02-0026-01

局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是決定網(wǎng)絡(luò)特性的重要技術(shù)，是多個(gè)用戶(hù)共享物理介質(zhì)時(shí)必須遵循的控制協(xié)議，其實(shí)質(zhì)上是解決當(dāng)局域網(wǎng)中共用信道的使用產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，如何分配信道的使用權(quán)問(wèn)題。通過(guò)介質(zhì)訪問(wèn)控制，可以對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道進(jìn)行分配和控制，使得計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)在信道的使用和占有方面互相配合，以獲得最佳的信道利用率。

目前，局域網(wǎng)常用的訪問(wèn)控制方式有三種，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，適用的控制方法也不一樣，三種方法分別是：載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)方法（CSMA/CD）、令牌環(huán)訪問(wèn)控制法（Token Ring）、令牌總線訪問(wèn)控制法（Token Bus），下面對(duì)三種局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和比較。

1 工作原理

1.1 帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)法（CSMA/CD）

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽(tīng)信道是否空閑，若空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙碌，則等待一段時(shí)間至信道中的信息傳輸結(jié)束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結(jié)束后，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都提出發(fā)送請(qǐng)求，則判定為沖突。若偵聽(tīng)到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新嘗試。我們可以把原理總結(jié)為：先接聽(tīng)后發(fā)送，邊發(fā)送邊接聽(tīng)，遇到?jīng)_突停止發(fā)送，隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間再重新發(fā)送。

1.2 令牌環(huán)控制方法（Token Ring）

使用一個(gè)稱(chēng)之為“令牌”的控制標(biāo)志，如果令牌環(huán)上沒(méi)有信息傳送，令牌的狀態(tài)是“空閑”，它不停地沿令牌環(huán)從一個(gè)工作站傳送到另一個(gè)工作站。當(dāng)信息從某一個(gè)工作站發(fā)送時(shí)，在經(jīng)過(guò)該站的令牌被檢測(cè)并捕獲到之前一直等待，檢測(cè)到令牌后把它的控制標(biāo)志從“空閑”更改為“忙”，然后將一幀信息發(fā)送出去。幀經(jīng)過(guò)其他的工作站時(shí)都要被該站檢測(cè)，如果檢測(cè)到發(fā)送幀的目的地址就是本站，就執(zhí)行幀接收、幀復(fù)制、復(fù)制幀轉(zhuǎn)發(fā)等指令，幀沿環(huán)走一周后又回到發(fā)送站，此時(shí)接收站會(huì)發(fā)送肯定應(yīng)簽信息，并清除掉發(fā)送的幀信息，再次將令牌標(biāo)志狀態(tài)設(shè)為“空閑”后又一次進(jìn)入環(huán)中。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)新的工作站發(fā)送時(shí)，根據(jù)上面的過(guò)程，令牌被檢測(cè)到后，把狀態(tài)修改，信息被裝配成幀，循環(huán)作業(yè)，開(kāi)始再一次的發(fā)送。

1.3 令牌總線方法（Token Bus）

“令牌”適用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（令牌通常用二進(jìn)制字節(jié)表示，編碼標(biāo)志有“空閑”與“忙”兩種，接收地址和發(fā)送地址都沒(méi)有），令牌作為控制節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)公共傳輸介質(zhì)的確定型介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，如果某結(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送，它必須等待空閑“令牌”的到來(lái)。當(dāng)此結(jié)點(diǎn)獲得空閑令牌之后，將令牌標(biāo)志位由“閑”變?yōu)椤懊Α保缓髠魉蛿?shù)據(jù)。

2 比較常用控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)

CSMA/CD、Token Bus和Token Ring是共享介質(zhì)訪問(wèn)控制方法中應(yīng)用最廣泛的三種。根據(jù)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三種方法都有各自的優(yōu)勢(shì)，CSMA/CD與Token Bus相比優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在采用總線拓?fù)涞木钟蚓W(wǎng)中，Token Ring的優(yōu)勢(shì)則體現(xiàn)在采用環(huán)型拓?fù)涞木钟蚓W(wǎng)中。也可以根據(jù)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的性質(zhì)不同對(duì)三種方法進(jìn)行分類(lèi)，不確定（隨機(jī)）介質(zhì)訪問(wèn)控制法有CSMA/CD，確定型介質(zhì)訪問(wèn)控制法則包括Token Bus和Token Ring。

CSMA/CD相對(duì)于確定介質(zhì)訪問(wèn)控制法，主要特點(diǎn)有下面幾個(gè)。

1）實(shí)現(xiàn)方法多、算法難度小，是CSMA/CD的優(yōu)點(diǎn)。能實(shí)現(xiàn)CSMA/CD的技術(shù)很多，現(xiàn)在有許多超大規(guī)模集成電路就可以完成，這可以降低以太網(wǎng)的成本，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。

2）CSMA/CD適用于傳輸實(shí)時(shí)性不高的工作環(huán)境，總線被訪問(wèn)的時(shí)間是隨機(jī)的，不確定的。

3）CSMA/CD方法在信息傳送負(fù)荷不高的環(huán)境中尤其有效。這正好體現(xiàn)了它的特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷低時(shí)，吞吐率和延時(shí)特性好；網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷高時(shí)，這些特性差。

Token Bus、Token Ring相對(duì)于隨機(jī)型介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

1）Token Bus、Token Ring的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在工業(yè)控制等對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的境況，因?yàn)檫@兩種控制方法有確定的令牌獲取時(shí)間。

2）Token Bus、Token Ring適合通信負(fù)荷比較大的環(huán)境，因?yàn)檫@兩種方法吞吐率好、傳輸延遲較低的優(yōu)點(diǎn)恰好體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷比較重的時(shí)候。

3）環(huán)維護(hù)功能復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)比較困難是令牌總線訪問(wèn)方法和令牌環(huán)訪問(wèn)控制方法的不足之處。

3 改進(jìn)方法

通過(guò)比較，我們發(fā)現(xiàn)CSMA/CD比較適合突發(fā)性通信，通信請(qǐng)求一旦產(chǎn)生，發(fā)送數(shù)據(jù)能很快在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。針對(duì)它在重載負(fù)荷下效率低的問(wèn)題，可以采用輪詢(xún)方式（一種集中控制方式）來(lái)解決。

令牌總線訪問(wèn)法（Token Bus）比較適合溫和的通信，如語(yǔ)音通信，數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)?。Token Bus相比CSMA/CD方法，對(duì)總線的長(zhǎng)度，插接頭的數(shù)量和位置等的限制比較寬松。但是存在運(yùn)行算法太復(fù)雜的缺點(diǎn)，可以采用后繼站地址搭載技術(shù)使算法簡(jiǎn)單化。

Token Ring控制方法適用于采用環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，只有獲得標(biāo)記的站點(diǎn)才有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中不存在沖突，與CSMA/CD相比，它具有確定性的訪問(wèn)時(shí)間，可用于實(shí)時(shí)通信和實(shí)時(shí)控制環(huán)境。環(huán)網(wǎng)中采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，互連簡(jiǎn)單，可用低速的雙絞線和同軸電纜，也可用高速光纖作為傳輸介質(zhì)。并且采用中繼器結(jié)構(gòu)，覆蓋范圍比較大。該算法的可靠性比較低，一個(gè)站點(diǎn)出故障會(huì)影響整個(gè)局域網(wǎng)，而且網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充難度很大?？梢圆捎萌哂喹h(huán)路法（原理是：如果環(huán)型網(wǎng)中一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)故障，可以采用冗余環(huán)路在故障點(diǎn)旁路，繞道傳輸），如雙環(huán)路，最優(yōu)環(huán)路等，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

通過(guò)以上分析我們發(fā)現(xiàn)，每一種介質(zhì)訪問(wèn)控制方法都有優(yōu)點(diǎn)，也有各自的不足之處，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要針對(duì)不同的局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步研究分析，找出解決問(wèn)題的方法。

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