CSMA令牌环令牌总线比较

《CSMA令牌环令牌总线比较》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CSMA令牌环令牌总线比较（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、CSMA/CD, 令牌环 ,令牌总线1.CSMA/CD CSMA全拼为 Carrier Sense Multiple Access（载波侦听多路访问），是工作在 OSI 参考模型的数据链路层的介质访问控制子层。是一种抢占型的半双工介质访问控制协议，采用分布式控制方法。其中：载波侦听（ Carrier Sense ，CS）指任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听， 当确认其空闲时，才可以发送。多路访问（ Multiple Access ，MA）指多个设备可以同时访问介质， 一个设备发送的帧也可以被多个设备接收。根 据 发 生 冲 突 时 的 解 决 策 略 ， CSMA 可 分 为

2、CSMA/BA, CSMA/CA,CSMA/CD,CSMA/CP四种，其中 CSMA/CD是最为常见的一种， CSMA/CD在发送时检测冲突，并采取适当措施进行补救。CSMA/CD 是广泛用于总线或树形局部网络的一种访问协议。在基带系统中, 最早采用这种访问协议的是著名的原型以太网( 1976年) , 最早采用此类访问协议的宽带系统是 MITERNET (1979 年) 。其基本思想起源于 ALOHA 系统,ALOHA 方式具体可分为纯ALOHA 和时间片 ALOHA 两种形式 , 最大吞吐量分别只有18.4%和39.8%。造成 ALOHA 方式信道效率低的根本原因是节点的发送意图与信道状态无

3、关。为克服此弱点 , CSMA/CD 方式应运而生 , 其主要改进是增添了“讲前先听”的功能。它具体可分为三种形式1.断续监听式 2.1-持续监听式和 3.P-持续监听式。断续监听式 CSMA 遵守如下规则。 ( 1 ) 若信道闲 , 发送节点可发送信包 , ( 2 ) 若信道忙 ,则后退一随机时间片 , 然后再次监听信道 , 并重复以上算法。对于 1-持续式CSMA , 发送节点遵守下列规则： 若信道闲 , 则以概1发送信包 , 若信道忙 , 则持续监听信道 , 直到信道由忙变闲为止 , 然后以概率 1发送。对于持续式P-CSMA, 发送节点遵守如下规则( 1 ) 若信道闲 , 则以概率 P

4、 (0P1) 发送信包,且以概率 1-P延迟一段时间 , 若信道仍然空闲 , 则可重复此过程 , 直到此信包发完或出现冲突为止。 若在此过程中出现冲突 ,则按重发延迟后退一段时间, 再重发( 2 )若信道忙 , 则应持续监听信道直到它由忙变闲，再重复上述过程。断续式的出发点是试图尽量避免冲突, 但当几个节点由于冲突而等待重发时, 若它们的后退延迟没结束, 即使信道已闲也不能重发, 浪费了信道空闲时间。与之相反,1-持续式的出发点是希望尽量运用信道的空闲时间, 但当两个以上节点都监听到信道空闲时将会同时以概率/发送, 因而导致冲突。P-持续式实际是以上两种形式的一种折衷 CSMA 也可在以上三种

5、形式上再进行时间分片, 其最大信道容量可达 90%。CSMA/CD 的主要改进是变“讲前先听”为“边讲边听” ，增加了检测冲突的功能。由于它用于判断是否占有信道的时间远小于信包传输时间，因而提高了信道效率 , 其信道容量可达 99%。CSMA/CD 方式也有断续式， 1-持续式及， P-持续式之分 , 发送节点除遵守三种形式的CSMA外, 还需遵守如下规则 ( 1 ) 若发送期间检测到冲突 , 则应立即停发信包的其余部分并发一简短的冲突干预信号, ( 2 ) 等待一随机时间后, 以相应的 CSMA 方式进行重发。与CSMA 类似，CSMA/CD 也可进一步进行时间分片。需注意的是CSMA 和C

6、SMA/CD 的时间片长度为往返最大传输延迟, 而ALOHA 中的时间片长度为一个信包传输时间。按此观点分析 , 以太网和 MATHERNET 采用的是非时间片 1-持续式 CSMA/CD 访问方式。2.令牌环令牌环（ Token-Ring ）是定义在 IEEE 802.5标准中的一种局域网接入方式。令牌环的从本原理是环上有一个循环兜圈子的令牌包, 谁占有它谁就获取了发送权。当环上的各个站点都无信息要发送时，环上的令牌包为“自由”令牌。当一个站点 A要发信息时 , 它先得等待此令牌包的到来, 并将 “自由”令牌变为“忙”令牌。然后立即发送一个信息包,该信包后尾随忙令牌，这样其它站若要发信则必须

7、等待。该信包绕环一周时被寻址到的目的站? 抄录此包 , 信包返回信源后被删除, 当满足下列条件时发送站将插入一个新的自由令牌到环上( 1 ) 发送站已完成信包传送 , ( 2 ) 忙令牌已返回发信站。由上述令牌环网络的原理， 我们可以知道：在环上传输时，网络中没有令牌，这就意味着其它工作站想传输数据就必须等待。因此令牌环网络中不会发生传输冲突。3.令牌总线令牌总线（Token Bus） ，是一个使用令牌通过接入到一个总线拓扑的局域网架构。令牌总线被 IEEE 802.4 工作组标准化。令牌总线方法比较复杂，需要完成大量的环维护工作，包括环初始化、新结点加入环、结点从环中撤出、环恢复和优先级服务

8、。 该技术主要归纳为以下三点：1、在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌（一组特定的比特模式）来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路。2、完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点才能发送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息） 。3、为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继、后继和本结点的地址， 每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。令牌总线网络的本质是把物理总线或树拓朴上的各节点组成一个闭合的逻辑环, 即在物理上采用总线和树拓朴形式, 而在逻辑上采用令牌环访问控制

9、方式。这样令牌总线就兼有物理环无竞争、 访问时间具有确定性和总线网节点间直接通信, 响应速度快等优点。4.CSMA/CD，令牌环，令牌总线的比较CSMA/CD 技术是一种分布式控制策略,其原始动机主要是基于计算机之间通信信息量的爆发式特性。 爆发信息具有信息短而传输不频繁的特点因而在负荷不重的场合， 如典型的办公应用环境， 其信包冲突概率很小并能呈现出较为理想的吞吐量一延迟特性。 CSMA/CD 主要问题是：( 1 ) 访问的统计特性或不确定性。 它主要由信包发生的随机性和后退延迟不固定所引起这一点是其固有缺陷， 这限制了它在实时通信或实时控制以及其它具有严格延迟限制的实时信息中的应用。( 2

10、 ) 重负荷下性能下降。 重负荷条件下， 由于冲突和重发次数的增多会出现“滚雪球”现象 , 使系统性能下降。这就在理论上存在由于某些站无休止的争夺信道个别站可能总也得不到发信机会的可能性。( 3 ) 稳定性问题。为控制系统的稳定性，目前已采用了多种冲突控制算法, 这虽然在一定程度上缓解了冲突, 但本质上是以牺牲系统延迟性能为代价, 因而稳定性问题未妥善解决。令牌环与 CSMA/CD 技术相比具有访问有确定性，即若知道最大包长和最大节点数则可计算出两个令牌的最大时间间隔。因此令牌环可用于实时信息环境，令牌环采用点一点通信方式, 因此适于采用光纤技术， 令牌环结构一般要采用中继器故较易于复盖史远的

11、物理距离等优点。令牌环存在的主要问题是：( 1 ) 令牌维护问题。 当系统出现丢失令牌或多个令牌时，必须提供相应的维护策略，而这一点正是令牌环技术难题的关键所在。( 2 ) 启动与恢复问题。 传统的令牌环是设置一个监控站来专门负责系统的启动和恢复， 用以处理一些偶然性故障。 在这种系统中， 一旦监控站出问题将会使整个环失效。 改进的办法是采用分散控制途径，即给环上每个主机以启动和恢复功能, 但这又会使令牌丢失和多令牌处理复杂化。( 3 ) 结构本身的可靠性问题。 令牌环结构与共它环形系统一样, 都存在一个可靠性问题 , 若任一链路或中继器出故障都有可能使整个环网南入瘫涣状态，为查询这种故障 ,

12、 要求环系统具有巡徊监视的功能, 在查出局部故障后要进行隔离以及增减部件等重构处理, 从而将增加网络的软件开销。与CSMA/CD 技术相比，令牌总线的一个显著优点是访问具有确定性，即任一站的发送等待时间上限是可知的，令牌总线系统信息易于调节，它没有CSMA/CD 的最小包长等限制，在重负荷下，令牌总线的信道效率比CSMA/CD, 高得多。总之，令牌总线是，CSMA/CD 总线与令牌环相互渗透的技术，它兼有这两种技术的优点。令牌总线也存在一些技术问题：（1） 结构复杂。由于在物理总线或树形拓朴中, 以入逻辑环并采用令牌方式, 势必给逻辑硬件和软件增加过多的开销。例如节点进环和退环、 逻辑环断开后的重新启动以及重构等处理都足，CSMA/CD 总线和物理环系统所没有的。( 2 ) 轻负荷时性能下阵。 与物理环一样，逻辑环中的令牌也是按顺序传送的，只不过是物理环中的传递顺序与站点的物理位置一致，而逻辑环的传递顺序是指逻辑顺序与物理位置无关。 其共性问题是环上无信息发送的站会技顺序获得令牌，而真正有信息要发送的站又可能不能及时获取令牌，这样在轻负荷时， 令牌可出现较多的空转现象使信道效率降低。5.总结CSMA/CD ，令牌环，令牌总线三种技术各有优缺点，根据需求不同应用在不同的领域。