解决的问题

对于一个共享性介质（总线型局域网的总线），各个节点如何协调对它的访问和使用？通过各种途径来控制对共享介质访问的方式，在数据链路层称为多点访问控制协议。

多点访问控制协议按照访问方式分为三种类型：信道划分方式、随机方式、轮流方式。

信道划分方式

频分复用: FDM(Frequency Division Multiplexing)将信道划分为不同的频段给不同节点使用

波分复用：WDM(Wavelength Division Multiplexing)，将信道划分为不同的波段给不同的节点使用

码分复用：CDM(Code Division Multiplexing)，将信道划分为不同的编码给不同的节点使用

时分复用：TDM(Time Division Multiplexing)，将信道划分为不同的时间段给不同的节点使用

使用信道划分方式，信道在高负载情况下，信道利用率很高，这是该方式的突出优点。但在低负载情况下，信道利用率偏低,例如在时分复用情况下，某个节点有数据要传送，却只能使用特定的时间段，不能一直使用信道，导致信道利用率比较低。

随机方式

CSMA/CD

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/collision detection）：载波监听多点接入、冲突检测方式。这种访问控制方式在802.3 Ethernet中使用（有线局域网）。

1. 节点在发送之前先监测信道是否空闲，如果空闲则发送。如果忙，则持续监测信道，等待闲时再发送。

2. 节点在发送过程中也要持续的监测信道，检测是否有冲突。如果有冲突，则立即停止发送，以避免更进一步的信道浪费。停止发送后，发送方需要做两件事：

　　　　1. 发送一个Jamming Signal,冲突增强信号，告知所有节点发送了冲突

　　　　2. 选择一个随机时间（二进制指数退避算法），等待该时间后，再检测信道闲忙，尝试重发。

如何检测信道闲忙？

发送前，检测信道中是否有信号传送即可得知信道状态

如何检测冲突？

发送过程中，可以对比发送信号和接收信号的强度，或者过零点检测得知是否有冲突。

随机时间的确定

在第m次失败后，适配器随机从{0，1，2，3 ，... ,2^m-1}中选择一个数字K，等待K*512位时再检测信道。
该二进制指数退避算法的精妙之处在于，在信道负载很低时，退避时间很小，从而有利于节点尽快发送数据。

在信道负载很高时，退避窗口变大，节点的平均退避时间也变大，有利于减少冲突，从而提高信道利用率。

CSMA/CA

CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid）：载波监听多点接入、冲突避免方式。以太网协议在无线局域网(WLAN)中使用该方式做各节点的访问控制。

1. 节点在发送之前先监测信道，信道空闲持续DIFS时间后，才能发送，一旦启动发送，不再检测信号是否冲突，持续将帧发送完毕。

2. 如果检测到信道忙，则选择一个随机值K，随后持续周期性的检测信道，如果信道忙，则K不变，如果信道空闲则将K减1，直到K减为0，才能发送。

3. 如果发送方发送后，接收到ACK则发送成功。如果没有接收到ACK则重复步骤2.

4. 对于接收方，收到帧后，如果帧没有出错，则等待SIFS时间后发送ACK。SIFS要小于DIFS

1. 为什么在无线局域网中不使用冲突检测方式？

　　a. 无法进行冲突检测，无线信道上，无线电磁波在开放空间中衰减很快，不同的节点发送的电磁波相互串扰，使得冲突检测在技术上实现起来较为麻烦。

　　b. 在无线局域网中，冲突与发送是否成功没有关系。在有线信道上，信号发生冲突时，几乎可以认为发送失败，信号未发生冲突，几乎可以认为发送成功。但是在无线信道上，由于节点隐藏问题未发生冲突时，也有可能发送失败，由于节点暴露问题，发生冲突时，也有可能发送成功。因此发送成功与否与信号冲突没有必然关系。

2. 什么是节点暴露问题？

A----------------B--------------------C------------------D

ABCD四个节点，A能收到B的信号，但无法收到C和D的信号。D能收到C的信号，但无法收到B和A的信号。B和C能相互收到信号。如果在t时刻，B需要向A发送数据，C需要向D发送数据，如果C成功发送数据帧，则会导致B收到C发送给D的信号，导致B认为信道忙，无法发送数据。但事实C向D发送数据时，不会导致B向A发送数据的冲突，这就是节点暴露问题。节点暴露问题会导致信道利用率降低。

3. 什么是节点隐藏问题？

如图，A和B之前由于距离、地形（隔着山脉）等问题，A的信号无法到达B,B的信号也无法到达A,此时A和B两个节点相互看不见，也就是A和B两个节点相互隐藏。在此情况下，如果在t时刻，A检测到信道闲，向C发送数据，B也检测到信道闲（A和B无法接收到对方的信号，因此会误认为信道闲），向C发送数据，两者的信号会在C点形成冲突，导致发送不成功。

4. 为什么SIFS要小于DIFS？

这样设计的目的是使得ACK帧等待时间要比普通帧少，使得ACK帧更容易在冲突中获胜，使得ACK帧的优先级更高，从而避免数据接收成功后因为无法收到ack导致重发造成的信道浪费。

5. 在发送方监测到信号忙（发送冲突时），随后再监测信道，为什么不再信道闲时立即发送，而是等到计时器减为0后再发送？

这样设计的目的是尽可能的减少冲突的概率。无线信道中，一旦发送必须把整个帧发送出去，中间无法取消。在此期间，一旦发生冲突，整个帧的发送时间上信道就被浪费掉了，因此冲突的代价非常大。为了避免冲突，使得节点尽可能的谦让，以减少冲突的概率。在检测到信道忙时，就冻结计时器，信道闲时才将计时器减1.