第七章 MAC协议

mac层协议Mac层协议。

在计算机网络通信中，数据链路层是网络通信协议栈中的一个关键层次，它负责在物理层之上提供数据传输的可靠性和有效性。

而在数据链路层中，又分为两个子层，分别是逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。

本文将重点讨论MAC层协议的相关内容。

MAC层协议，即介质访问控制协议，是数据链路层中的一个重要组成部分。

它主要负责解决多个节点共享同一信道时的数据帧发送冲突问题，以及实现对网络介质的访问控制。

在局域网（LAN）或广域网（WAN）中，MAC层协议起着至关重要的作用。

在以太网中，常见的MAC层协议包括CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）、CSMA/CA（载波监听多路访问/碰撞避免）等。

CSMA/CD协议适用于有线局域网，在数据帧发送前进行载波监听，以便及时发现碰撞并采取相应措施。

而CSMA/CA协议则适用于无线局域网，通过预先协商的方式避免碰撞的发生，提高了无线网络的传输效率。

除了以太网中的MAC层协议外，无线局域网（WLAN）中也有自己的MAC 协议标准，如802.11系列。

这些协议不仅考虑到了数据帧的发送冲突问题，还考虑到了无线信道的特殊性，采用了一些专门的技术手段来提高无线网络的性能和可靠性。

在实际应用中，MAC层协议的选择需要根据网络的具体情况来进行。

不同的网络环境、不同的网络设备，可能需要采用不同的MAC层协议来满足其需求。

同时，随着网络技术的不断发展，新的MAC层协议也在不断涌现，以满足新兴应用场景对网络性能的需求。

总的来说，MAC层协议作为数据链路层中的重要组成部分，对于网络通信的可靠性和效率起着至关重要的作用。

它解决了多个节点共享同一信道时的数据帧发送冲突问题，实现了对网络介质的访问控制，是网络通信中不可或缺的一环。

随着网络技术的不断进步，MAC层协议也在不断演进和完善，以适应不断变化的网络环境和应用需求。

综上所述，MAC层协议在计算机网络通信中具有重要作用，它的选择和应用需要根据具体情况进行合理的配置和调整，以确保网络通信的可靠性和效率。

（1）周期性侦听和睡机制 S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间要根据应用情况进行调整。当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。当然节点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。
具有相同调度的节点形成一个所谓的虚拟簇，边界节点记录两个或多个调度。如果传感器网络的部署范围较广，可能形成众多不同的虚拟簇，使得S-MAC协议具有良好的可扩展性。 为了适应新加入节点，每个节点要定期广播自己的调度信息，使新节点可以与已经存在的相邻节点保持同步。如果节点同时收到两种不同的调度，如图所示的处于两个不同调度区域重合部分的节点，那么这个节点可以选择先收到的调度，并记录另一个调度信息。
SMAC协议-前提条件和基本思想
前提条件数据量少，可进行数据的处理和融合节点协作完成共同的任务网络可以容忍一定程度的通信延迟基本思想周期性睡眠和监听 ；协商一致的睡眠调度机制（虚拟簇）自适应的侦听机制，减少信息的传输延迟带内信令来减少重传和避免监听不必要的数据消息分割和突发传递机制来减少控制信息的开销和消息的传递延迟
随机退避时间按下面公式进行计算： 退避时间=Random()×aSlottime 其中，Random()是在竞争窗口[0，CW]内均匀分布的伪随机整数；CW是整数随机数，它的数值位于标准规定的aCWmin和aCWmax之间；aSlottime是一个时槽时间，包括发射启动时间、介质传播时延、检测信道的响应时间等。
S-MAC
典型MAC协议：S-MAC协议
这里介绍一种适用于无线传感器网络的比较典型的MAC协议，即S-MAC协议(Sensor MAC)。这种协议是在802.1l MAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量需求而提出的。 S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进行数据的处理和融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度的通信延迟。它的设计目标是提供良好的扩展性，减少节点能耗。

802 .11 M AC 协议的应答与预留机制
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802 .1 1 M AC 协议中通过立即主动确认机制和预留机制 来提高 性能 , 如图 所示。在主动确认机制中, 当目标节点收到一个发给它的有效数据 帧 ( DA T A ) 时 , 必须向 源节点发送一个应答帧 ( ACK ) , 确认 数据 已 被 正确接 收到。为了保证目标节点 在发 送 ACK 过程中不与其他节点 发生 冲突 , 目 标 节点 使用 SIFS 帧间 隔。
网络的 MAC 协议分为三类
( 1) 采用无线信道的时分复用方式 ( time division multiple access , TDMA ) , 给每个 传感器节点分配固定的无线信道使用时段 , 从而避免节点之间的相互干扰 ; ( 2) 采用无线信道的随机竞争方式 , 节点在需 要发送数据时随机 使用无 线信道 , 重点考 虑尽量减少节点间的干扰 ; ( 3) 其他 M AC 协议 , 如通过采用频分复用或 者码 分复用等 方式 , 实现节 点间无 冲突的 无线信道的分配。
网络能量浪费 的主要原因
( 1) 竞争方式使用共享无线信 道 , 引起多个 节点之间发送的数据产生 碰撞。 ( 2) 节点接收并处理不必要的数据。 ( 3) 过度的空闲侦听或者没必要的空闲侦听同 样会造成节点能量的浪费。 ( 4 ) 在控 制 节 点 之 间 的 信 道 分 配 时 , 如果控制消息过多,也会消耗较多 的 网 络能 量。
基于竞争的 MAC 协议
• 基于竞争的随机访问 MAC 协议采 用按需 使用 信道 的方式 , 它 的基 本思 想是 当 节 点需要发送数据时 , 通过竞争方式使用无线 信道 , 如果 发送 的数据 产生 了碰 撞 , 就 按照 某种策略重发数据 , 直到数据发送成 功或放 弃发 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。