局域網中介質訪問控制方法的分析研究

田慶吉

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

關鍵詞 局域網特性；環形網絡；介質訪問控制方法

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

局域網的介質訪問控制方法是決定網絡特性的重要技術，是多個用戶共享物理介質時必須遵循的控制協議，其實質上是解決當局域網中共用信道的使用產生競爭時，如何分配信道的使用權問題。通過介質訪問控制，可以對計算機網絡的傳輸信道進行分配和控制，使得計算機局域網中各結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，局域網常用的訪問控制方式有三種，各有其優缺點，計算機局域網的拓撲結構不同，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），下面對三種局域網介質訪問控制方法的工作原理及優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）

每一個節點發送數據前先偵聽信道是否空閑，若空閑，則立即發送數據。若信道忙碌，則等待一段時間至信道中的信息傳輸結束后再發送數據；若在上一段信息發送結束后，同時有兩個或兩個以上的節點都提出發送請求，則判定為沖突。若偵聽到沖突，則立即停止發送數據，等待一段隨機時間，再重新嘗試。我們可以把原理總結為：先接聽后發送，邊發送邊接聽，遇到沖突停止發送，隨機延時一段時間再重新發送。

1.2 令牌環控制方法（Token Ring）

使用一個稱之為“令牌”的控制標志，如果令牌環上沒有信息傳送，令牌的狀態是“空閑”，它不停地沿令牌環從一個工作站傳送到另一個工作站。當信息從某一個工作站發送時，在經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志從“空閑”更改為“忙”，然后將一幀信息發送出去。幀經過其他的工作站時都要被該站檢測，如果檢測到發送幀的目的地址就是本站，就執行幀接收、幀復制、復制幀轉發等指令，幀沿環走一周后又回到發送站，此時接收站會發送肯定應簽信息，并清除掉發送的幀信息，再次將令牌標志狀態設為“空閑”后又一次進入環中。當數據從一個新的工作站發送時，根據上面的過程，令牌被檢測到后，把狀態修改，信息被裝配成幀，循環作業，開始再一次的發送。

1.3 令牌總線方法（Token Bus）

“令牌”適用于總線拓撲結構（令牌通常用二進制字節表示，編碼標志有“空閑”與“忙”兩種，接收地址和發送地址都沒有），令牌作為控制節點訪問公共傳輸介質的確定型介質訪問控制方法，如果某結點有數據幀要發送，它必須等待空閑“令牌”的到來。當此結點獲得空閑令牌之后，將令牌標志位由“閑”變為“忙”，然后傳送數據。

2 比較常用控制方法的優缺點

CSMA/CD、Token Bus和Token Ring是共享介質訪問控制方法中應用最廣泛的三種。根據不同的拓撲結構，三種方法都有各自的優勢，CSMA/CD與Token Bus相比優勢體現在采用總線拓撲的局域網中，Token Ring的優勢則體現在采用環型拓撲的局域網中。也可以根據介質訪問控制方法的性質不同對三種方法進行分類，不確定（隨機）介質訪問控制法有CSMA/CD，確定型介質訪問控制法則包括Token Bus和Token Ring。

CSMA/CD相對于確定介質訪問控制法，主要特點有下面幾個。

1）實現方法多、算法難度小，是CSMA/CD的優點。能實現CSMA/CD的技術很多，現在有許多超大規模集成電路就可以完成，這可以降低以太網的成本，擴大應用領域和范圍。

2）CSMA/CD適用于傳輸實時性不高的工作環境，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境中尤其有效。這正好體現了它的特點：網絡負荷低時，吞吐率和延時特性好；網絡負荷高時，這些特性差。

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

1）Token Bus、Token Ring的優勢體現在工業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境，因為這兩種方法吞吐率好、傳輸延遲較低的優點恰好體現在網絡通信負荷比較重的時候。

3）環維護功能復雜、實現比較困難是令牌總線訪問方法和令牌環訪問控制方法的不足之處。

3 改進方法

通過比較，我們發現CSMA/CD比較適合突發性通信，通信請求一旦產生，發送數據能很快在網絡中傳輸。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，數據文件傳輸等。Token Bus相比CSMA/CD方法，對總線的長度，插接頭的數量和位置等的限制比較寬松。但是存在運行算法太復雜的缺點，可以采用后繼站地址搭載技術使算法簡單化。

Token Ring控制方法適用于采用環型拓撲結構的網絡，只有獲得標記的站點才有權發送數據，系統中不存在沖突，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境。環網中采用點對點通信，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。并且采用中繼器結構，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，而且網絡擴充難度很大。可以采用冗余環路法（原理是：如果環型網中一個站點出現故障，可以采用冗余環路在故障點旁路，繞道傳輸），如雙環路，最優環路等，來解決這個問題。

通過以上分析我們發現，每一種介質訪問控制方法都有優點，也有各自的不足之處，實際應用時需要針對不同的局域網結構，進一步研究分析，找出解決問題的方法。

參考文獻

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