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一、Medium Access Control protocol(媒质访问控制协议MAC)
1、概念:网络中的通信介质通常被大量节点共用,传输各自的数据包,而MAC协议负责协调网络中各个节点对共用介质的访问,在OSI七层模型中属于数据链路的子层。 2、功能:① 决定节点何时可以访问共享介质 ② 解决发生在竞争节点间的潜在访问冲突 ③ 纠正物理层的通信差错 ④ 执行寻址、流量控制等任务 3、 设计考虑的因素:A:传输可靠性 B:能量效率 4、分类:① 无竞争介质访问协议:使用固定分配或动态分配的方式使每个节点互斥地访问介质。(如FDMA、CDMA) ② 基于竞争的介质访问协议:节点在传输数据前先进行协商,通过竞争访问介质。(如CSMA、ALOHA) 二、Open Systems Interconnection(开放系统互连模型OSI)OSI模型在理论上更加清晰,但TCP/IP模型却是当前的主流,实质上也是现行标准。TCP/IP模型将OSI模型的应用层、表示层和会话层集合成为一个应用层,将数据链路层和物理层集合成为一个数据链路层,使模型变得相对简单。 作用OSI相关的网络协议为应用程序提供服务应用层(Application)HTTP、FTP、 NFS数据格式转换、数据加密表示层(Presentation)Telnet, Rlogin建立、管理、维护会话会话层(Session)SMTP, DNS建立、管理、维护端到端连接传输层(Transport)TCP、UDPIP选址和路由选择网络层(Network)IP、ICMP提供介质访问和链路管理数据链路层(DataLink)FDDI、Ethernet提供可靠的点到点通信物理层(Physical)IEEE802.1A、IEEE802.11(物理层需要通过介质Medium实现) TCP/IP与OSI模型的区别应用层包含OSI中的应用层、表示层和会话层传输层对应OSI中的传输层网际层对应OSI中的网络层网络接口层包含OSI中的数据链路层和物理层注意:如果想要详细了解请翻阅至底部查看图片。 三、Carrier Sense Multiple Access(载波监听多路访问CSMA)1、基本思想:节点在传输数据前,先监听信道是否空闲。 2、分类:WSN中的许多基于竞争的MAC协议是基于CSMA协议及其变体版本的。 ① 非持续型CSMA:当无线节点在监听到信道空闲时传输数据,信道繁忙时采取退避操作。 ② 1-持续型CSMA:传输数据的节点一直处于监听信道的活动状态,当信道空闲时传输数据,如果传输过程发生碰撞时该节点采取退避操作,再尝试传输。 ③ P-持续型CSMA:传输数据的节点一直处于监听信道的活动状态,当信道空闲时,节点以概率P传输数据,以概率1-P延迟此次传输,如果传输过程发生碰撞时该节点采取退避操作,再尝试传输。 (退避操作:随机等待一段时间) 四、退避时间1、在非时隙的CSMA中,随机退避的时间是连续的。 2、在按时隙划分的CSMA中,随机退避的时间为时隙的整数倍。 (时隙是电路交换汇总信息传送的最小单位) 五、CSMA的两种基本变体1、基于冲突检测的CSMA(CSMA/CD) ① 概念:发送者检测通信介质来确定介质是否空闲来选择传输数据。 ② 应用:在有线系统中可以通过检测有线电缆上的直流信号平均电压等级来判断是否有冲突,所以一般用于有线系统。 2、基于冲突避免的CSMA(CSMA/CA) ① 概念:采用主动避免碰撞的方式来解决冲突问题。 ② 应用:可以满足不易检测是否有冲突发生的系统需求,所以一般用于无线系统,因为碰撞发生在接收机端,而发送者不知道是否存在冲突。 ③ 隐患:产生隐藏终端和暴露终端的问题。 六、CSMA/CA协议的技术原理Step1: 节点监听信道,当监听到信道空闲时并不立即使用信道。 Step2: 节点先等待一个DIFS帧间距的时间,再等待一个随机退避时间,由于该协议是按时隙划分的,所以该随机退避时间是时隙的整数倍。(分布式帧间间隙DIFS:Distributed Inter-frame Space) Step3: 为防止多个节点同时接入信道,退避时间较短的节点会占用信道。
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