《介质访问控制技术》课件

介质访问控制技术介质访问控制(MAC)是网络中至关重要的技术，它控制着多个设备共享同一物理介质的方式。MAC协议确保数据包在网络中有效地传输，并避免冲突和数据丢失。WD导言介质访问控制技术的重要性在现代计算机网络中，多个设备共享同一个通信介质，介质访问控制技术至关重要。它可以有效地协调各个设备对网络资源的访问，确保数据传输的可靠性和效率。技术发展历程介质访问控制技术随着网络的发展不断演进，从早期的简单机制到现代的复杂协议，不断满足着日益增长的网络需求。介质访问控制技术简介在共享网络中，多个设备需要访问同一介质，比如一根电缆或无线信道。介质访问控制（MAC）技术用于协调这些设备之间的访问，以避免冲突和数据丢失。1.1什么是介质访问控制共享资源多个设备共享同一个物理介质,例如共享以太网线或无线网络。冲突避免当多个设备同时尝试访问介质时,需要机制防止数据传输冲突。公平访问确保所有设备都能公平地使用共享介质,防止单个设备独占资源。1.2介质访问控制的目的和作用有序共享介质访问控制技术主要目的是实现网络中多个设备对共享信道的有序访问，避免冲突和数据碰撞。提高效率它可以有效地协调不同设备的发送时间，最大限度地利用信道带宽，提高网络整体效率和数据传输速率。公平分配保证每个设备都能获得公平的访问机会，避免某些设备占用过多资源而其他设备无法正常使用网络。数据安全一些介质访问控制技术可以提供一定的安全保障，例如控制访问权限、防止非法访问等。常见的介质访问控制技术介质访问控制技术是计算机网络中至关重要的组成部分。它负责管理多个设备共享同一网络介质的访问，以确保数据传输的有效性和可靠性。2.1CSMA/CD技术载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD是一种常用的介质访问控制技术，它允许多个设备共享同一个物理信道。共享介质CSMA/CD技术适用于以太网等共享介质网络。冲突检测CSMA/CD技术使用冲突检测机制来解决多个设备同时传输数据可能导致冲突的问题。2.2CSMA/CA技术11.载波侦听多路访问/冲突避免CSMA/CA是适用于无线网络的介质访问控制技术，通过载波侦听和冲突避免机制，减少网络中数据包的冲突。22.竞争机制在无线网络中，设备会竞争使用无线介质，通过预留时间段和随机退避算法来避免冲突。33.广播特性无线网络的广播特性要求设备在发送数据前进行载波侦听，避免与其他设备同时发送数据。44.应用场景CSMA/CA适用于无线局域网、移动通信网络等场景。2.3令牌环技术令牌循环令牌环网络中，每个节点都可以访问网络，但只有持有令牌的节点才能发送数据。令牌传递当一个节点发送完数据后，它会将令牌传递给下一个节点。环形拓扑令牌环网络采用环形拓扑结构，每个节点都连接到网络上的下一个节点。2.4频分多址技术频分多址原理频分多址技术将通信信道划分为多个频率子信道，每个子信道分配给一个用户，用户在分配的频率子信道上进行通信。它能够有效地隔离来自不同用户的信号，避免互相干扰。应用领域频分多址技术广泛应用于无线通信领域，比如蜂窝移动通信系统，以及卫星通信、无线局域网等。优缺点分析频分多址技术的优点是传输效率高、抗干扰能力强；缺点是频谱利用率较低，系统设计复杂。3.CSMA/CD技术CSMA/CD技术是一种常见的介质访问控制技术，适用于以太网等局域网环境。3.1CSMA/CD基本工作原理1载波侦听发送数据前检测信道是否空闲2冲突检测传输过程中持续监听信道，发现冲突就停止传输3冲突发生随机延迟后再次尝试传输4数据传输成功传输数据CSMA/CD是一种随机访问介质访问控制方案，在共享的网络介质上进行数据传输。该协议通过载波侦听和冲突检测机制来解决多个节点争用网络资源的冲突问题。3.2CSMA/CD的优缺点优点实现简单，成本低廉。易于实现，不需要额外的硬件或软件。适用于局域网等相对简单的网络环境。缺点效率较低，容易发生冲突。网络负载较高时，效率会大幅下降。不适用于高带宽、高延迟的网络环境。3.3CSMA/CD的应用场景局域网CSMA/CD技术常用于局域网中，例如以太网。它允许多台设备共享同一网络介质，同时避免冲突。无线局域网在无线局域网中，CSMA/CD技术也用于解决冲突，但需要额外的机制来处理无线环境的特殊情况。工业控制在工业控制系统中，CSMA/CD技术可用于实现实时通信，以确保设备之间的高效数据传输。嵌入式系统在嵌入式系统中，CSMA/CD技术可以用于构建小型网络，例如传感器网络，实现设备之间的协作和数据交换。4.CSMA/CA技术CSMA/CA是一种常用的无线网络介质访问控制技术，它广泛应用于Wi-Fi等无线网络。在CSMA/CA中，节点在发送数据前会检测信道是否空闲。如果信道空闲，节点即可发送数据；如果信道繁忙，节点会等待一段时间后再次尝试发送。与CSMA/CD不同，CSMA/CA没有碰撞检测机制，而是通过其他机制来避免碰撞。4.1CSMA/CA基本工作原理1载波侦听节点在发送数据前，会先侦听信道，查看信道是否空闲。2冲突避免若信道忙，则节点会随机等待一段时间后再尝试发送数据，避免多个节点同时发送数据导致冲突。3确认机制节点发送数据后，接收节点会发送确认信息，确认数据已成功接收，避免数据丢失。4退避机制若数据发送失败，节点会根据一定的算法增加等待时间，再次尝试发送数据。CSMA/CA技术主要应用于无线网络，与CSMA/CD相比，其主要特点是避免冲突，确保数据传输的可靠性。4.2CSMA/CA的优缺点优点CSMA/CA技术适用于无线网络环境，避免了冲突，提高了网络效率。缺点CSMA/CA技术需要等待时间，可能会导致延迟，性能不如有线网络。4.3CSMA/CA的应用场景无线网络CSMA/CA广泛用于无线局域网(WLAN)，如Wi-Fi网络，确保无线设备之间共享信道，避免冲突。移动设备移动设备使用CSMA/CA技术，在蜂窝网络中实现高效的数据传输，提高通信效率。蓝牙设备蓝牙设备利用CSMA/CA技术，在短距离无线通信中实现可靠的数据传输，保证通信的稳定性。5.令牌环技术令牌环技术是一种局域网介质访问控制方法。它通过在网络中传递一个电子令牌来控制节点对网络的访问权。当一个节点想要发送数据时，它必须先获得令牌，然后才能发送数据。令牌环技术能够有效地防止网络冲突，并提供较高的网络带宽。5.1令牌环的基本原理1令牌传递令牌环网络中，一个特殊的帧称为令牌，在网络中循环传递。2数据传输当一个节点需要发送数据时，它必须先捕获令牌，将数据封装在帧中，并将帧发送到目标节点。3令牌回收数据传输完成后，节点将令牌释放回网络，供其他节点使用。5.2令牌环的优缺点优点令牌环网络能够保证数据传输的可靠性，并且具有很高的传输效率。由于令牌环网络中数据传输是顺序进行的，因此不会出现数据冲突，从而提高了网络的稳定性。缺点令牌环网络的组网成本较高，并且维护难度也相对较大。令牌环网络的传输速度受限于环形的拓扑结构，在高负载的情况下性能可能会下降。5.3令牌环的应用场景工业自动化工厂车间中对数据传输可靠性要求较高，令牌环可以保证数据传输不丢失。银行金融银行系统需要高可靠性，令牌环可以保证数据传输安全可靠。航空航天航天领域对数据传输实时性要求较高，令牌环可以实现高性能数据传输。6.频分多址技术频分多址（FDMA）技术是一种在无线通信中常用的介质访问控制方法。FDMA将可用的频谱划分为多个子频段，每个用户独占一个子频段，实现不同用户之间的隔离，避免相互干扰。6.1频分多址的基本原理频谱划分将整个频谱分成多个子频段，每个用户独占一个子频段进行通信。独立通信每个用户在自己的子频段上进行数据传输，互不干扰。固定分配每个用户分配到的子频段是固定的，即使没有数据传输，也要占用频谱资源。简单易行FDMA技术实现简单，易于理解和部署。6.2频分多址的优缺点优点简单易于实现抗干扰能力强频谱利用率高缺点频谱利用率低难以灵活分配频谱资源设备成本高6.3频分多址的应用场景11.移动通信频分多址技术在移动通信中应用广泛，例如GSM和CDMA网络，为多个用户提供同时通信的能力。22.无线网络无线局域网(WLAN)和无线广域网(WWAN)