局域网的媒体访问控制方法

环形或总线拓扑中，由于只有一条物理传输通道连接所有的设备，因此，连到网络上的所有设备必须遵循一定的规则，才能确保传输媒体的正常访问和使用。常用的媒体访问控制方法有：具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)、控制令牌(Control Token)及时槽环(Slotted Ring)三种技术。

1、具有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD

具有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD采用随机访问和竞争技术，这种技术只用于总线拓扑结构网络。CSMA/CD结构将所有的设备都直接连到同一条物理信道上,该信道负责任何两个设备之间的全部数据传送，因此称信道是以“多路访问”方式进行操作的。站点以帧的形式发送数据，帧的头部含有目的和源点的地址。帧在信道上以广播方式传输，所有连接在信道上的设备随时都能检测到该帧。当目的地站点检测到目的地址为本站地址的帧时，就接收帧中所携带的数据，并按规定的链路协议给源站点返回一个响应。

采用这种操作方法时，在信道上可能有两个或更多的设备在同一瞬间都会发送帧，从而在信道上千万帧的重叠而出现并有差错，这种现象称为冲突。为减少这种冲突，源站点在发送帧之前，首先要监听信道上是否有其它站点发送的载波信号(即进行“载波监听”)，若监听到信道上有载波信号则推迟发送，直到信道恢复到安静(空闲)为止。另外，还要采用边发送边监听的技术(即“冲突检测”)，若监听到干扰信号，就表示检测到冲突，于是就要立即停止发送。为了确保冲突的其它站点知道发生了冲突，首先在短时间里持续发送一串阻塞(Jam)码,卷入冲突的站点则等待一随机时间，然后准备重发受到冲突影响的帧。这种技术对发生冲突的传输能迅速发现并立即停止发送,因此能明显减少冲突次数和冲突时间。

2、控制令牌

控制令牌是另一种传输媒体访问控制方法。它是按照所有站点共同理解和遵守的规则，从一个站点到另一个站点传递控制令牌，一个站点只有当它占有令牌时，才能发送数据端帧，发完帧后，即把令牌传递下一个站点。其操作次序如下：

⑴首先建立一个逻辑环，将所有站点同物理媒体相连，然后产生一个控制令牌。

⑵控制令牌由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点传递。

⑶等待发送帧的站点接收到控制令牌后，把要发送的帧利用物理媒体发送出去，然后再将控制令牌沿逻辑环传递给下一站点。

控制令牌方法除了用于环形网拓扑结构(即令牌环)之外,也可以用于总线网拓扑结构(即令牌总线)，这两类结构建立的逻辑环分别如下图(a)、(b)所示。 

对于一个物理环，令牌传递的逻辑结构和物理环的结构是相同的，令牌传递的次序和站点连接的物理次序也是一致的；百对于总线网，逻辑环次序则不必和电缆上的站点连接次序相对应，所有站点没有必要抱着按逻辑环连接。例如上图(b)中,H站并不是逻辑环的一总部分，这意味着H站永远拿不到令牌,因此只能以接收方式工作。

3、时槽环

时槽环只用于环形网的媒体控制访问，这种方法对每个节点预先安排一个特定的时间内段(即时槽段)，每个节点只能在时槽内传输数据。若数据较长，可用多个时槽来传输。

时槽环采用集中控制方式，这种方法首先由环中被称为监控的站的特定节点起动环，并产生若干个固定长度的比特串，这种比特串即称为时槽。时槽子不停地绕环从一个站点传递到另一个站点。当一个站点收到时槽子时，由该站点的接口阅读后再将其转发到下一个站点，如此一直循环下去。监控站确保总有一个固定数目的时槽绕环传送，而不考虑组成环的站点数目。每个时槽能携带一个固定尺寸的停息帧，时槽帧的格式如下图(a)所示。

时槽环初始化时，由监控站将每个时槽开头的满/空位置为空状态。某个站点要发送数据前，首先要得到一个空时槽，然后将该时槽的满/空位置为空状态，将数据的内容插入时槽中，同时在帧的头部未填入目的地地址和源地址，并将帧尾部的两个响应位全置为1,然后发送该时槽，使它绕物理环从一个站点至另一个站点传送。

环中每个站对任何置满的时槽头部的目的地址进行检测，如果检测到是自己的地址，便从时槽中阅读所携带的数据内容，并修改时槽尾部的一对响应位，然后通过环再将它转发也去。如果目的地站点忙或者拒收，则响应位做相应的标记或保留不做改变。

源站点在起动一个帧发送之后，要等到该帧绕环一周。由于每个站均知道环上时槽的总数，由环接口对时槽转发计数可知道所发时槽的到来。此后，源站点将所用时槽重新标记为空状态，并阅读时槽尾部的响应位，以确定是否应舍弃已被发送的该帧备份，或者重发该帧。由于采用了响应位，就不需要设置独立的响应帧。 

监控站传递位由监控站用于监测各个站点发送的帧是否有差错或站点有无故障，该位由源站点在发送帧时置“0”。当满时槽在环接口上转发时，由监控站对每一个满时槽的该位置“1”。如果监控站在其转发某个满时槽时，测得监控站传递位已被置为1，就认为源站点有故障，便可将该帧的满/空位置为空，并释放空时槽。时槽尾部的两个控制位是提供给DTE高层协议使用的，在媒体访问控制层中没有意义。

需要特别指出的是，在时槽环媒体访问控制方法中，每个站点每次只能传送一个帧，若想要传送另一个帧，则首先必须释放传输前一帧所用的时槽。这种对环的访问方法体现了公平性，并被各个互连的站点所共享。

时槽环的优点是结构简单,节点间相互干扰少、可靠性高。但是,时槽环为保持基本环结构需要一个特定的监控站节点；由于绕环一周时间内，每个站点只能占用一个时槽，若某站点发送的数据较长要占用多个时槽，而此时环上只有该站有数据要发送，则许多时槽都是空循环；另外，每个40位长的时槽只能携带16位有效数据，开销大、效率低。相比之下，令牌环中的某个站点得到控制令牌后，就可将包括多个字节的信息帧作为一个整体进行发送，所以效率比时槽环高。