计算机网络-MAC层
MAC全称
MAC: Medium Access Control 介质访问控制
MAC layer是data link layer的一个子层，处于数据链路层底部
本章的主题是如何在竞争用户之间分配单个广播信道
Why is MAC Sublayer Needed?
用来确定多路访问信道下一个使用者。
信道分配问题 Channel Allocation
LANs和MANs中静态信道分配 Static Channel Allocation
可以用FDM频分复用和TDM时分复用
LANs和MANs中动态信道分配 Dynamic
- 静态模型
- 单信道假设
- 冲突假设
- 帧传输时间：时间连续或分槽
- 波载侦听或不听
多路访问协议 Multiple Access Protocols
ALOHA
有两个版本：Pure ALOHA和Slotted ALOHA 纯和分槽
区别是Pure版本时间是连续的，slotted版本时间是分成离散槽的，所有帧都要同步到时间槽中
- Pure ALOHA
- 用户有数据需要发送时就传输
- 由于广播的反馈属性，发送着可以在监听信道时一直知道帧是否被破坏
- 如果帧损坏，发送方会等待随机时间然后再次发送
- 在Pure ALOHA中帧的发送次序是任意的，所以无论何时两个帧同时占用信道，冲突就会发生，两个帧都会彻底损坏，稍后都要重传
- Slotted ALOHA
- 能将ALOHA系统容量增加一倍
- 将时间分成离散的间隔，称为时间槽
- 分槽ALOHA不允许用户一有消息就立即发送，要等下一个时间槽开始的时候发送上一时间槽的帧
- Pure ALOHA
载波侦听多路访问协议 Carrier Sense Multiple Access Protocols CSMA
如果在一个协议中，站监听是否存在载波（即是否有传输），并据此采取相应的动作，这样的协议称为 载波侦听协议
1-坚持载波检测多路访问 1-persistent CSMA
最简单的CSMA方案
- 如果信道忙，则等待空闲
- 站发现空闲时，它传输数据概率为1
- 如果第一个站的信号还没有到达第二个站，第二个站将会sense空闲信道然后必然开始发送信号，这会导致冲突
非坚持CSMA nonpersistent CSMA
- 和1-坚持一样发送前先侦听信道
- 发现channel正在被使用的时候，站不会持续监听信道，以便于在上一个传输结束的时候立马传输数据
- 这样的算法会导致更大的延迟
p-坚持CSMA p-persistent CSMA
- 当站准备好发送时，它就侦听信道。如果信道空闲（idle），则按概率p发送数据 （这就是n-坚持的概念，1-坚持就是概率为1）
- 剩下的概率q=1-p，将以这个概率将发送推迟到下一个slot
上面三种是坚持和非坚持CSMA
带冲突检测的CSMA CSMA/CD
CSMA with Collision Detection
是经典以太局域网的基础
- 这里的冲突检测是一个模拟过程
- 当站检测到冲突时立即抛弃他们的传输
- 快速终止损坏的帧节省了时间和带宽
- 被广泛使用在MAC子层中的LANs
带冲突避免的CSMA CSMA/CA
CSMA with Collision Avoidance
检测到冲突时立即停止传输数据
Ethernet 以太网
以太网有两类：
经典以太网 classic Ethernet 运用1-坚持CSMA/CD
交换式以太网 switched Ethernet
经典以太网MAC子层协议
二进制指数后退算法binary exponential back off algorithm
一般的，在第i次冲突之后，从0~2^i-1之间随机选择一个数，然后等待这么多个时间槽，然而10次collision之后随机数选择区间被固定在最大值1023，不再增加。16次collision之后放弃努力，并传回一个失败报告，由高层协议去完成恢复工作。
交换式以太网 switched Ethernet
核心是一个 交换机（switch），交换机只把帧输出到想去的端口，且在交换机中，每个端口都有自己独立的冲突域（collision domain）
以太网帧的格式
Preamble：前导码，包含比特模式10101010（除了最后一个字节的最后两位是11，即10101011）
数据链路层交换 Data Link Layer Switching
采用 网桥bridge 把多个局域网联结起来组成更大的局域网 ，可以处理更多容量的数据 ❗上面的那个交换机是网桥的现代名称，so bridge==switch
可以用bridge把802.x协议转为802.y协议
可以用bridge把多个LANs联结起来
*两个桥 4个LANs*生成树网桥 Spinning Tree Bridges
为了提高可靠性，可以在网桥之间设置冗余链路，确保一条宕机后还是连在一起可以通信的，这会形成2条平行链路↓
然后要发送帧bridge就会把这个帧的副本发到其他所有的其他端口，端口也不知道这些帧是副本，把这些副本都当成不同的来处理转发给其他端口，这会导致陷入死循环。
这个问题的解决方法是变成一棵生成🌳，只有唯一的路可以走，不会出现环路。
中继器/集线器/网桥/交换机/路由器/网关
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers, Gateways
每个玩意儿在哪个层？
虚拟局域网 Virtual LANs
Why VLANs？
VLANs可以使得物理拓扑结构划分为不同的逻辑拓扑结构