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      局域網(wǎng)中介質(zhì)訪問控制方法的分析研究

      2014-03-12 15:49:22田慶吉
      新媒體研究 2014年2期

      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

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      [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

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