局域网中介质访问控制方法的分析研究

摘 要 介绍了介质访问技术的基本概念，对局域网中几种介质访问控制方法的特点及存在的问题进行分析。

关键词 局域网特性；环形网络；介质访问控制方法

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0026-01

局域网的介质访问控制方法是决定网络特性的重要技术，是多个用户共享物理介质时必须遵循的控制协议，其实质上是解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。通过介质访问控制，可以对计算机网络的传输信道进行分配和控制，使得计算机局域网中各结点在信道的使用和占有方面互相配合，以获得最佳的信道利用率。

目前，局域网常用的访问控制方式有三种，各有其优缺点，计算机局域网的拓扑结构不同，适用的控制方法也不一样，三种方法分别是：载波侦听多路访问/冲突检测方法（CSMA/CD）、令牌环访问控制法（Token Ring）、令牌总线访问控制法（Token Bus），下面对三种局域网介质访问控制方法的工作原理及优缺点进行分析和比较。

1 工作原理

1.1 带有冲突检测的载波侦听多路访问法（CSMA/CD）

每一个节点发送数据前先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试。我们可以把原理总结为：先接听后发送，边发送边接听，遇到冲突停止发送，随机延时一段时间再重新发送。

1.2 令牌环控制方法（Token Ring）

使用一个称之为“令牌”的控制标志，如果令牌环上没有信息传送，令牌的状态是“空闲”，它不停地沿令牌环从一个工作站传送到另一个工作站。当信息从某一个工作站发送时，在经过该站的令牌被检测并捕获到之前一直等待，检测到令牌后把它的控制标志从“空闲”更改为“忙”，然后将一帧信息发送出去。帧经过其他的工作站时都要被该站检测，如果检测到发送帧的目的地址就是本站，就执行帧接收、帧复制、复制帧转发等指令，帧沿环走一周后又回到发送站，此时接收站会发送肯定应签信息，并清除掉发送的帧信息，再次将令牌标志状态设为“空闲”后又一次进入环中。当数据从一个新的工作站发送时，根据上面的过程，令牌被检测到后，把状态修改，信息被装配成帧，循环作业，开始再一次的发送。

1.3 令牌总线方法（Token Bus）

“令牌”适用于总线拓扑结构（令牌通常用二进制字节表示，编码标志有“空闲”与“忙”两种，接收地址和发送地址都没有），令牌作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法，如果某结点有数据帧要发送，它必须等待空闲“令牌”的到来。当此结点获得空闲令牌之后，将令牌标志位由“闲”变为“忙”，然后传送数据。

2 比较常用控制方法的优缺点

CSMA/CD、Token Bus和Token Ring是共享介质访问控制方法中应用最广泛的三种。根据不同的拓扑结构，三种方法都有各自的优势，CSMA/CD与Token Bus相比优势体现在采用总线拓扑的局域网中，Token Ring的优势则体现在采用环型拓扑的局域网中。也可以根据介质访问控制方法的性质不同对三种方法进行分类，不确定（随机）介质访问控制法有CSMA/CD，确定型介质访问控制法则包括Token Bus和Token Ring。

CSMA/CD相对于确定介质访问控制法，主要特点有下面几个。

1）实现方法多、算法难度小，是CSMA/CD的优点。能实现CSMA/CD的技术很多，现在有许多超大规模集成电路就可以完成，这可以降低以太网的成本，扩大应用领域和范围。

2）CSMA/CD适用于传输实时性不高的工作环境，总线被访问的时间是随机的，不确定的。

3）CSMA/CD方法在信息传送负荷不高的环境中尤其有效。这正好体现了它的特点：网络负荷低时，吞吐率和延时特性好；网络负荷高时，这些特性差。

Token Bus、Token Ring相对于随机型介质访问控制方法，主要特点有以下几点。

1）Token Bus、Token Ring的优势体现在工业控制等对实时性要求高的境况，因为这两种控制方法有确定的令牌获取时间。

2）Token Bus、Token Ring适合通信负荷比较大的环境，因为这两种方法吞吐率好、传输延迟较低的优点恰好体现在网络通信负荷比较重的时候。

3）环维护功能复杂、实现比较困难是令牌总线访问方法和令牌环访问控制方法的不足之处。

3 改进方法

通过比较，我们发现CSMA/CD比较适合突发性通信，通信请求一旦产生，发送数据能很快在网络中传输。针对它在重载负荷下效率低的问题，可以采用轮询方式（一种集中控制方式）来解决。

令牌总线访问法（Token Bus）比较适合温和的通信，如语音通信，数据文件传输等。Token Bus相比CSMA/CD方法，对总线的长度，插接头的数量和位置等的限制比较宽松。但是存在运行算法太复杂的缺点，可以采用后继站地址搭载技术使算法简单化。

Token Ring控制方法适用于采用环型拓扑结构的网络，只有获得标记的站点才有权发送数据，系统中不存在冲突，与CSMA/CD相比，它具有确定性的访问时间，可用于实时通信和实时控制环境。环网中采用点对点通信，互连简单，可用低速的双绞线和同轴电缆，也可用高速光纤作为传输介质。并且采用中继器结构，覆盖范围比较大。该算法的可靠性比较低，一个站点出故障会影响整个局域网，而且网络扩充难度很大。可以采用冗余环路法（原理是：如果环型网中一个站点出现故障，可以采用冗余环路在故障点旁路，绕道传输），如双环路，最优环路等，来解决这个问题。

通过以上分析我们发现，每一种介质访问控制方法都有优点，也有各自的不足之处，实际应用时需要针对不同的局域网结构，进一步研究分析，找出解决问题的方法。

参考文献

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