局域網(wǎng)中介質(zhì)訪問控制方法的分析研究

田慶吉

摘 要 介紹了介質(zhì)訪問技術(shù)的基本概念，對局域網(wǎng)中幾種介質(zhì)訪問控制方法的特點及存在的問題進行分析。

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

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0026-01

局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法是決定網(wǎng)絡(luò)特性的重要技術(shù)，是多個用戶共享物理介質(zhì)時必須遵循的控制協(xié)議，其實質(zhì)上是解決當(dāng)局域網(wǎng)中共用信道的使用產(chǎn)生競爭時，如何分配信道的使用權(quán)問題。通過介質(zhì)訪問控制，可以對計算機網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道進行分配和控制，使得計算機局域網(wǎng)中各結(jié)點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)常用的訪問控制方式有三種，各有其優(yōu)缺點，計算機局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)不同，適用的控制方法也不一樣，三種方法分別是：載波偵聽多路訪問/沖突檢測方法（CSMA/CD）、令牌環(huán)訪問控制法（Token Ring）、令牌總線訪問控制法（Token Bus），下面對三種局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法的工作原理及優(yōu)缺點進行分析和比較。

1 工作原理

1.1 帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問法（CSMA/CD）

每一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑，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，同時有兩個或兩個以上的節(jié)點都提出發(fā)送請求，則判定為沖突。若偵聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機時間，再重新嘗試。我們可以把原理總結(jié)為：先接聽后發(fā)送，邊發(fā)送邊接聽，遇到?jīng)_突停止發(fā)送，隨機延時一段時間再重新發(fā)送。

1.2 令牌環(huán)控制方法（Token Ring）

使用一個稱之為“令牌”的控制標(biāo)志，如果令牌環(huán)上沒有信息傳送，令牌的狀態(tài)是“空閑”，它不停地沿令牌環(huán)從一個工作站傳送到另一個工作站。當(dāng)信息從某一個工作站發(fā)送時，在經(jīng)過該站的令牌被檢測并捕獲到之前一直等待，檢測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)過其他的工作站時都要被該站檢測，如果檢測到發(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，此時接收站會發(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”后又一次進入環(huán)中。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個新的工作站發(fā)送時，根據(jù)上面的過程，令牌被檢測到后，把狀態(tài)修改，信息被裝配成幀，循環(huán)作業(yè)，開始再一次的發(fā)送。

1.3 令牌總線方法（Token Bus）

“令牌”適用于總線拓撲結(jié)構(gòu)（令牌通常用二進制字節(jié)表示，編碼標(biāo)志有“空閑”與“忙”兩種，接收地址和發(fā)送地址都沒有），令牌作為控制節(jié)點訪問公共傳輸介質(zhì)的確定型介質(zhì)訪問控制方法，如果某結(jié)點有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送，它必須等待空閑“令牌”的到來。當(dāng)此結(jié)點獲得空閑令牌之后，將令牌標(biāo)志位由“閑”變?yōu)椤懊Α?，然后傳送?shù)據(jù)。

2 比較常用控制方法的優(yōu)缺點

CSMA/CD、Token Bus和Token Ring是共享介質(zhì)訪問控制方法中應(yīng)用最廣泛的三種。根據(jù)不同的拓撲結(jié)構(gòu)，三種方法都有各自的優(yōu)勢，CSMA/CD與Token Bus相比優(yōu)勢體現(xiàn)在采用總線拓撲的局域網(wǎng)中，Token Ring的優(yōu)勢則體現(xiàn)在采用環(huán)型拓撲的局域網(wǎng)中。也可以根據(jù)介質(zhì)訪問控制方法的性質(zhì)不同對三種方法進行分類，不確定（隨機）介質(zhì)訪問控制法有CSMA/CD，確定型介質(zhì)訪問控制法則包括Token Bus和Token Ring。

CSMA/CD相對于確定介質(zhì)訪問控制法，主要特點有下面幾個。

1）實現(xiàn)方法多、算法難度小，是CSMA/CD的優(yōu)點。能實現(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，擴大應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。

2）CSMA/CD適用于傳輸實時性不高的工作環(huán)境，總線被訪問的時間是隨機的，不確定的。

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

Token Bus、Token Ring相對于隨機型介質(zhì)訪問控制方法，主要特點有以下幾點。

1）Token Bus、Token Ring的優(yōu)勢體現(xiàn)在工業(yè)控制等對實時性要求高的境況，因為這兩種控制方法有確定的令牌獲取時間。

2）Token Bus、Token Ring適合通信負荷比較大的環(huán)境，因為這兩種方法吞吐率好、傳輸延遲較低的優(yōu)點恰好體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信負荷比較重的時候。

3）環(huán)維護功能復(fù)雜、實現(xiàn)比較困難是令牌總線訪問方法和令牌環(huán)訪問控制方法的不足之處。

3 改進方法

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

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

Token Ring控制方法適用于采用環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，只有獲得標(biāo)記的站點才有權(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時間，可用于實時通信和實時控制環(huán)境。環(huán)網(wǎng)中采用點對點通信，互連簡單，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，一個站點出故障會影響整個局域網(wǎng)，而且網(wǎng)絡(luò)擴充難度很大。可以采用冗余環(huán)路法（原理是：如果環(huán)型網(wǎng)中一個站點出現(xiàn)故障，可以采用冗余環(huán)路在故障點旁路，繞道傳輸），如雙環(huán)路，最優(yōu)環(huán)路等，來解決這個問題。

通過以上分析我們發(fā)現(xiàn)，每一種介質(zhì)訪問控制方法都有優(yōu)點，也有各自的不足之處，實際應(yīng)用時需要針對不同的局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進一步研究分析，找出解決問題的方法。

參考文獻

[1]仉寶玉.幾種現(xiàn)場總線的介質(zhì)訪問控制方式[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2004（02）.

[2]劉曉慧，王志新，等.無線局域網(wǎng)中的介質(zhì)訪問控制技術(shù)的介紹[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報，2007（03）.

[3]鄭斌，蔡文輝.共享式局域網(wǎng)中兩種介質(zhì)訪問方法的比較研究[J].軟件導(dǎo)刊，2007（13）.endprint