環形或總線拓撲中,由于只有一條物理傳輸通道連接所有的設備,因此,連到網絡上的所有設備必須遵循一定的規則,才能確保傳輸媒體的正常訪問和使用。常用的媒體訪問控制方法有:具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)、控制令牌(Control Token)及時槽環(Slotted Ring)三種技術。
1、具有沖突檢測的載波監聽多路訪問 CSMA/CD
具有沖突檢測的載波監聽多路訪問 CSMA/CD采用隨機訪問和競爭技術,這種技術只用于總線拓撲結構網絡。CSMA/CD結構將所有的設備都直接連到同一條物理信道上,該信道負責任何兩個設備之間的全部數據傳送,因此稱信道是以“多路訪問”方式進行操作的。站點以幀的形式發送數據,幀的頭部含有目的和源點的地址。幀在信道上以廣播方式傳輸,所有連接在信道上的設備隨時都能檢測到該幀。當目的地站點檢測到目的地址為本站地址的幀時,就接收幀中所攜帶的數據,并按規定的鏈路協議給源站點返回一個響應。
采用這種操作方法時,在信道上可能有兩個或更多的設備在同一瞬間都會發送幀,從而在信道上千萬幀的重疊而出現并有差錯,這種現象稱為沖突。為減少這種沖突,源站點在發送幀之前,首先要監聽信道上是否有其它站點發送的載波信號(即進行“載波監聽”),若監聽到信道上有載波信號則推遲發送,直到信道恢復到安靜(空閑)為止。另外,還要采用邊發送邊監聽的技術(即“沖突檢測”),若監聽到干擾信號,就表示檢測到沖突,于是就要立即停止發送。為了確保沖突的其它站點知道發生了沖突,首先在短時間里持續發送一串阻塞(Jam)碼,卷入沖突的站點則等待一隨機時間,然后準備重發受到沖突影響的幀。這種技術對發生沖突的傳輸能迅速發現并立即停止發送,因此能明顯減少沖突次數和沖突時間。
2、控制令牌
控制令牌是另一種傳輸媒體訪問控制方法。它是按照所有站點共同理解和遵守的規則,從一個站點到另一個站點傳遞控制令牌,一個站點只有當它占有令牌時,才能發送數據端幀,發完幀后,即把令牌傳遞下一個站點。其操作次序如下:
⑴首先建立一個邏輯環,將所有站點同物理媒體相連,然后產生一個控制令牌。
⑵控制令牌由一個站點沿著邏輯環順序向下一個站點傳遞。
⑶等待發送幀的站點接收到控制令牌后,把要發送的幀利用物理媒體發送出去,然后再將控制令牌沿邏輯環傳遞給下一站點。
控制令牌方法除了用于環形網拓撲結構(即令牌環)之外,也可以用于總線網拓撲結構(即令牌總線),這兩類結構建立的邏輯環分別如下圖(a)、(b)所示。
對于一個物理環,令牌傳遞的邏輯結構和物理環的結構是相同的,令牌傳遞的次序和站點連接的物理次序也是一致的;百對于總線網,邏輯環次序則不必和電纜上的站點連接次序相對應,所有站點沒有必要抱著按邏輯環連接。例如上圖(b)中,H站并不是邏輯環的一總部分,這意味著H站永遠拿不到令牌,因此只能以接收方式工作。
3、時槽環
時槽環只用于環形網的媒體控制訪問,這種方法對每個節點預先安排一個特定的時間內段(即時槽段),每個節點只能在時槽內傳輸數據。若數據較長,可用多個時槽來傳輸。
時槽環采用集中控制方式,這種方法首先由環中被稱為監控的站的特定節點起動環,并產生若干個固定長度的比特串,這種比特串即稱為時槽。時槽子不停地繞環從一個站點傳遞到另一個站點。當一個站點收到時槽子時,由該站點的接口閱讀后再將其轉發到下一個站點,如此一直循環下去。監控站確保總有一個固定數目的時槽繞環傳送,而不考慮組成環的站點數目。每個時槽能攜帶一個固定尺寸的停息幀,時槽幀的格式如下圖(a)所示。
時槽環初始化時,由監控站將每個時槽開頭的滿/空位置為空狀態。某個站點要發送數據前,首先要得到一個空時槽,然后將該時槽的滿/空位置為空狀態,將數據的內容插入時槽中,同時在幀的頭部未填入目的地地址和源地址,并將幀尾部的兩個響應位全置為1,然后發送該時槽,使它繞物理環從一個站點至另一個站點傳送。
環中每個站對任何置滿的時槽頭部的目的地址進行檢測,如果檢測到是自己的地址,便從時槽中閱讀所攜帶的數據內容,并修改時槽尾部的一對響應位,然后通過環再將它轉發也去。如果目的地站點忙或者拒收,則響應位做相應的標記或保留不做改變。
源站點在起動一個幀發送之后,要等到該幀繞環一周。由于每個站均知道環上時槽的總數,由環接口對時槽轉發計數可知道所發時槽的到來。此后,源站點將所用時槽重新標記為空狀態,并閱讀時槽尾部的響應位,以確定是否應舍棄已被發送的該幀備份,或者重發該幀。由于采用了響應位,就不需要設置獨立的響應幀。
監控站傳遞位由監控站用于監測各個站點發送的幀是否有差錯或站點有無故障,該位由源站點在發送幀時置“0”。當滿時槽在環接口上轉發時,由監控站對每一個滿時槽的該位置“1”。如果監控站在其轉發某個滿時槽時,測得監控站傳遞位已被置為1,就認為源站點有故障,便可將該幀的滿/空位置為空,并釋放空時槽。時槽尾部的兩個控制位是提供給DTE高層協議使用的,在媒體訪問控制層中沒有意義。
需要特別指出的是,在時槽環媒體訪問控制方法中,每個站點每次只能傳送一個幀,若想要傳送另一個幀,則首先必須釋放傳輸前一幀所用的時槽。這種對環的訪問方法體現了公平性,并被各個互連的站點所共享。
時槽環的優點是結構簡單,節點間相互干擾少、可靠性高。但是,時槽環為保持基本環結構需要一個特定的監控站節點;由于繞環一周時間內,每個站點只能占用一個時槽,若某站點發送的數據較長要占用多個時槽,而此時環上只有該站有數據要發送,則許多時槽都是空循環;另外,每個40位長的時槽只能攜帶16位有效數據,開銷大、效率低。相比之下,令牌環中的某個站點得到控制令牌后,就可將包括多個字節的信息幀作為一個整體進行發送,所以效率比時槽環高。
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