媒体访问控制(精)

MAC和PHY组成原理MAC（媒体访问控制）和PHY（物理层）都是在计算机网络中起关键作用的组件。

MAC负责控制数据的传输和流量，而PHY负责将数据从一个设备传输到另一个设备。

下面将详细介绍MAC和PHY的工作原理以及它们如何协同工作来实现高效和可靠的数据传输。

一、MAC（媒体访问控制）MAC层是OSI（开放系统互联）参考模型中的第二层，它负责处理数据帧的传输、接收和管理。

MAC层的功能包括以下几个方面：1.媒体接入控制：MAC层负责控制多个设备之间的资源共享。

当多个设备同时尝试发送数据时，MAC层通过其中一种算法来决定哪一个设备有权利访问共享媒体。

2.帧计时和同步：MAC层通过在数据帧中添加帧定界符和同步字，来保证数据的正确接收。

这些定界符和同步字帮助接收设备识别出帧的开始和结束。

3.帧封装和解封装：MAC层负责将上层的数据封装成数据帧，并附加必要的控制信息，如源地址、目的地址、帧校验序列等。

发送设备将数据帧发送给接收设备，接收设备根据MAC层的控制信息来解析和提取数据。

4.错误检测和纠正：MAC层使用帧校验序列（FCS）来检测数据帧是否传输正确。

接收设备会根据FCS来检验接收到的帧的完整性和准确性，并丢弃损坏的帧。

5.数据流量控制：MAC层根据网络的负载和流量情况来进行流量控制，以确保高效和可靠的数据传输。

当网络负载过高时，MAC层可以使用一些策略，如拥塞控制、流量限制等来降低网络拥塞，并避免数据丢失或性能下降。

二、PHY（物理层）PHY层是OSI参考模型中的第一层，它负责将数据从一个设备传输到另一个设备，主要涉及电信号、电压和物理介质等传输媒介。

PHY层的主要功能有以下几个方面：1.数据编码和解码：PHY层负责将数据从数字格式转换为模拟信号。

它将数字数据转换为电压、电流或光信号，以便在物理环境中传输。

接收设备则执行逆过程，将模拟信号转换为数字数据。

2.数据传输：PHY层根据具体的物理介质来传输数据。

IEEE802.3或Ethernet所用的媒体访问法为带有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)。

按照这种方法，一个工作站在发送前，首先侦听媒体上是否有活动，即称为“谈前听”协议。

所谓活动是指媒体上有无传输，也就是载波是否存在。

如果侦听到有载波存在，工作站便推迟自己的传输。

在侦听的结果为媒体空闲时，则立即开始进行传输。

在侦听到媒体忙而等待传输情况下，当传输中的帧最后一个数据位通过后，应继续等待至少9.6us,以提供适当的帧间间隔，随后便可进行传输。

如果两个工作站同时试图进行传输，将会造成废帧，这种现象称为碰撞，并认为是一种正常现象，因以媒体上连接的所有工作站的发送都基于媒体上是否有载波，所以称为载波侦听多路访问(CSMA)。

为保证这种操作机制能够运行,还需要具备检测有无碰撞的机制,这便是碰撞检测(CD)。

也就是说，在一个工作站发送过程中仍要不断检测是否出现碰撞。

出现碰撞的另一种情况是由下述原因造成的，即信号在LAN上传播有一定时延，对于粗缆而言,信号在其上的传播速度是光速的77%。

对于细缆,在其上的传播速度为光速的65%。

由于这种传播时延，虽然LAN上某一工作站已开始发送,但由于另外一工作站尚未检测到第一站的传输也启动发送，从而造成碰撞。

图3示出了工为工作站A传输到工作站B所需的传播时间。

可以看到，工作站A检测到碰撞是从A到B传播时间的2倍。

图3还表明，帧长度要足以在发完之前就能检测到碰撞，否则碰撞检测就失去意义。

因此,在IEEE802.3标准中定义了一个间隙时间,其大小为住返传播时间与为强化碰撞而有意发送的干扰序列时间之和。

这个间隙时间可用来确定最小的MAN帧长。

检测到碰撞之后，涉及该次碰撞的站要丢弃各自开始的传输，转而继续发送一种特殊的干扰信号，使碰撞更加严重以便警告LAN上的所有工作站，碰撞出现了！在此之后,两个碰撞的站都采退避策略，即都设置一个随机间隔时间，另有当此时间间隔满期后才能启动发送。

mac层协议MAC（媒体访问控制）层协议是在计算机网络中负责控制数据帧在网络媒体上的传输的协议。

本文将对MAC层协议进行详细的介绍。

MAC层协议是OSI（开放式系统互联）参考模型中的第二层，位于物理层之上。

它的主要任务是控制数据在传输媒体上的访问，以避免不同设备在媒体上的冲突。

MAC层协议还负责数据帧的封装和解封装，确保数据能够在网络上正确传输。

MAC层协议有多种不同的实现方式，其中最常见的是CSMA/CD（载波侦听多点接入/碰撞检测）协议。

在CSMA/CD协议中，数据发送方在发送数据之前首先侦听媒体是否正在被其他设备使用。

如果媒体空闲，则发送数据；否则，等待一段时间后再次侦听。

如果检测到碰撞（多个设备同时发送数据导致冲突），则立即停止发送，并进行退避重传操作。

另一种常见的MAC层协议是TDMA（时分多址）协议。

在TDMA协议中，设备被划分为不同的时间槽，每个时间槽都分配给一个设备进行数据传输。

这种方式可以有效地避免碰撞，提高传输效率。

然而，TDMA协议需要对网络进行严格的时间同步，对网络的扩展性有一定的限制。

除了CSMA/CD和TDMA协议外，还有其他一些MAC层协议，如CDMA（码分多址）协议和FDMA（频分多址）协议。

CDMA协议通过将数据分配到不同的码片上，使多个设备可以同时发送数据而不会发生冲突。

FDMA协议则通过将频谱分成不同的频段，将数据分配给不同的设备进行传输。

这些协议在无线网络中广泛应用，可以提供更高的网络容量和可靠性。

除了协议的选择，MAC层还涉及到数据帧的封装和解封装。

在发送数据时，MAC层会在数据包前添加一些控制信息，如目的地址和发送地址，以便接收方能够正确地识别和处理数据。

在接收数据时，MAC层会解析数据帧，提取出有效的信息，并将数据传递给上层协议进行处理。

总之，MAC层协议在计算机网络中扮演着重要的角色。

它负责控制数据在传输媒体上的访问，以避免冲突和碰撞，并提供数据帧的封装和解封装功能。

计算机网络应用CSMA CD媒体访问控制原理在以太网中，所有的节点共享传输介质，各节点通过共享介质发送自己的帧，其它节点通过共享介质接收这个帧。

当仅有一个节点发送数据时，才能够发送成功；当有两个或两个以上节点同时发送数据时，共享介质上的信息将是多个节点发送信息的混合，目标节点是无法辨认这样的混合信息的，因此发送失败。

我们将这种信息在共享介质上的混合称为“冲突”。

载波监听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multi-Access/Collision Detection，CSMA/CD）是一种设备通过采用竞争的方法来获取对总线使用权的技术，它只适用于逻辑上属于总线型拓扑结构的网络，它包括载波监听多路访问（CSMA）和冲突检测（CD）两种技术。

CSMA是减少冲突的主要技术。

在总线网络中的一个工作站在发送数据前，首先侦听总线查看信道上是否有信息发送，用来测试总线上有无其它工作站正在发送信息。

如果侦测到其它工作站正在发送信息，即信道已经被占用时，则该工作站在等待一段时间后再次争取发送权；如果侦听得知信道是空闲的，没有其它工作站在发送信息，那么就立刻抢占总线并发送信息。

当信道处于空闲时刻，如果总线上有两个或两个以上的工作站同时需要发送数据时，那么在这个时刻它们都可能检测到信道是空闲的，同时认为是可以发送信息的。

结果导致他们同时发送数据，产生了冲突。

另一种情况，某工作站侦听到信道是空闲的，但这种空闲可能是较远站点已经发送了数据但由于在传输介质上信号的传播存在延时，该数据还未到此站点的缘故，如果此站点又发送信息，则也将产生冲突。

因此，利用CSMA冲突也是不可避免的，为了解决这种冲突，从而引入了冲突检测（CD）技术。

冲突检测技术是指，站点一边将信息传送到共享介质上，一边从共享介质上接收信息，然后将发送出去的信息和接收的信息进行按位比较。

一旦检测到冲突，发送站点就停止发送已开始发送的帧，而不必将很长的数据帧全部发完，并向总线发送一串阻塞信号，让总线上的其它站点均能感知到冲突已经发生，然后强化冲突，再进行侦听工作，以待下一次重新发送。

第一章1.按照国际电信联盟(ITU)的定义，物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing,T2T)，人与物品(Human to Thing,H2T)，人与人(Human to Human,H2H)之间的互连。

2.ITU互联报告中定义：是通过射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备3.与互联网相对，物联网具有以下几个特征：1、物联网集合了各种感知技术。

物联网上部署了多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类型的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同，传感器获得的数据具有实时性，按照一定的频率周期性地采集环境信息，不断更新数据2、物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。

物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络和互联网融合，将物体的信息实时、准确地传递出去。

为了保证数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

3、物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。

4.物联网的三个技术特征：一是全面感知（条形码、射频识别、摄像头、传感器，信息的采集和获取），即具备各种前端传感器,广泛收集数据。

二是互联互通（解决的是信息传输的问题），完成可靠传输,即通过卫星、蓝牙、WiFi等实现数据传输和交换。

三是智慧运行（解决物联网的计算、处理和决策问题），完成数据处理,具备数据分析、决策、执行、互动等功能。

5.为全球每个物品提供一个电子标签，结合了物品编码、RFID和互联网技术的解决方案，是物联网的雏形。

6.正式提出了“物联网”的概念，不再仅指基于射频识别技术的物联网，而是利用嵌入到各种物品中的短距离移动收发器，把人与人之间的通信延伸到人与物、物与物之间的通信。

7.无线射频(RFID, Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术。

由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)及应用软件系统三部分组成。

无线通信网络中的媒体访问控制技术研究随着计算机和网络技术的快速发展，人们对网络带宽和传输速率的要求越来越高。

在无线通信网络技术领域中，媒体访问控制技术是至关重要的一部分，它负责控制多个用户在同一时间点使用网络的能力，以确保网络的质量和可靠性。

本文将基于当前无线通信网络中的媒体访问控制技术，探讨目前各种技术的研究与发展。

一、媒体访问控制技术概述媒体访问控制（Media Access Control，MAC）是指数据链路层控制网络中不同节点之间访问共享媒体的方法。

为了避免多个节点同时访问同一媒体所带来的干扰和冲突，媒体访问控制技术可以将媒体的使用权分配给不同的节点，从而合理利用网络带宽和传输速率。

根据媒体访问控制技术的不同实现方式，媒体访问控制技术可以分为基于时分复用（Time Division Multiple Access，TDMA）、基于频分复用（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、基于码分复用（Code Division Multiple Access，CDMA）、基于载波感知多接入（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）等几种类型。

每一种技术都有其独特的实现方式和特点，在不同的应用场合中都有一定的用处。

二、媒体访问控制技术研究现状目前，随着移动通信技术的快速发展，TDMA、FDMA、CDMA等技术已经逐渐过时，而基于调制解调器成功识别（Modem identified Multiple Access，MIMA）和基于信道状态感知（Channel State Information，CSI）的技术在无线通信领域得到了广泛应用。

1. MIMA技术MIMA技术是一种新型的多用户识别技术，它可以通过识别调制解调器发出的特定信号，来对不同的用户进行区别识别和分配网络资源。

该技术采用了先进的信号处理技术和高速计算机，可以实现高效的网络资源分配，有效地提高了网络的带宽利用率和传输速率。

一、概述通信是现代社会中不可或缺的一部分，而通信技术的发展也日新月异。

而在现代通信技术中，网络中的设备间如何进行数据传输，往往离不开MAC（Media Access Control）概念的应用。

本文将围绕MAC概念展开详细的介绍和解析。

二、MAC概念的起源和定义MAC是指介于数据链路层和物理层之间的协议，用于控制设备在物理媒体上的访问和传输。

其它无线通信技术也使用MAC协议，比如Wi-Fi、蓝牙等。

MAC协议决定了如何将数据帧放到媒体上以及如何从媒体上接收数据帧。

它通过定义一种访问机制，规定了各个设备在介质上的传输的规则。

三、MAC概念的功能1. 媒体访问的控制在数据链路层中，MAC协议负责对物理介质的访问进行控制。

不同的局域网技术有不同的MAC协议，比如以太网使用的是CSMA/CD协议，而无线局域网使用的是CSMA/CA协议，它们都是为了解决设备对共享媒体的竞争和协调访问。

2. 位置区域的识别和分配MAC位置区域是设备网络接口的硬件位置区域，用于在局域网中进行唯一标识。

MAC位置区域由48位二进制数组成，通常表示为12个十六进制字符。

MAC层负责通过MAC位置区域对设备进行唯一标识和寻址。

3. 帧的封装和解封MAC层将网络层传递下来的数据封装成适合物理层传输的帧，同时也负责接收物理层传输的帧并解封还原成网络层的数据。

四、MAC位置区域和MAC层的关系1. MAC位置区域MAC位置区域是设备在网络中唯一标识的位置区域，也就是说，在局域网中，不同的设备都有不同的MAC位置区域。

MAC位置区域由设备制造商分配，因此它唯一标识了设备的制造商和型号信息。

MAC位置区域是数据链路层的位置区域，用于在局域网中传输数据帧。

2. MAC层MAC层是操作系统中的一个网络协议层，它位于数据链路层之上，物理层之下。

MAC层负责将网络层的数据封装成适合物理层传输的帧，并在接收时解开帧还原成网络层的数据。

五、MAC概念的应用1. 以太网以太网是目前最流行的局域网技术，它使用CSMA/CD协议进行媒体访问控制。

1.CSMA/CD总线的实现模型IEEE802.3是一个使用CSMA/CD媒体访问控制方法的局域网标准。

CSMA/CD总线的实现模型如图4.10所示,它对应于OSI/RM的最低两层。

从逻辑上可以将其划分为两大部分:一部分由LLC子层和MAC子层组成,实现岱I很M的数据链路层功能,另一部分实现物理层功能。

把依赖于媒体的特性从物理层中分离出来的目的,是要使得LLC子层和MAC子层能适用于各类不同的媒体。

物理层内定义了两个兼容接口:依赖于媒体的媒体相关接口MDI和访问单元接口AUIoMDI是一个同轴电缆接口,所有站点都必须遵循IEEE802.3定义的物理媒体信号的技术规范,与这个物理媒体接口完全兼容。

由于大多站点都设在离电缆连接处有一段距离的地方,在与电缆靠近的MAC中只有少量电路,而大部分硬件和全部的软件都在站点中,AUI的存在为MAC和站点的配合使用带来了极大的灵活性。

MAC子层和LLC子层之间的接口提供每个操作的状态信息,以供高一层差错恢复规程所用。

MAC子层和物理层之间的接口,提供包括成帧、载波监听、启动传输和解决争用、在两层间传送串行比特流的设施及用于定时等待等功能。

2.EEE802.3MAC帧格式MAC帧是在MAC子层实体间交换的协议数据单元,IEEE802.3MAC帧的格式如图4.11所示IEEE802.3MAC帧中包括前导码P、帧起始定界符SFD、目的地址DA、源地址SA、表示数据字段字节数长度的字段LEN、要发送的数据字段、填充字段PAD和帧校验序列配S等8个字段。

这8个字段中除了数据字段和填充字段外,其余的长度都是固定的。

前导码字段P占7个字节,每个字节的比特模式为"10101010",用于实现收发双方的时钟同步。

帧起始定界符字段SFD占1个字节,其比特模式为"10101011",它紧跟在前导码后,用于指示一帧的开始。

前导码的作用是使接收端能根据"1"、"0"交变的比特模式迅速实现比特同步,当检测到连续两位"1"(即读到帧起始定界符字段SFD最未两位)时,便将后续的信息递交给MAC子层。