介质访问控制子层详解：802.11mac与ALOHA协议

"802.11 MAC子层详解" 在无线局域网（WLAN）技术中，802.11 MAC子层扮演着至关重要的角色，它是数据链路层的一部分，专为解决共享信道的分配问题而设计。802.11 MAC子层的工作主要涉及介质访问控制（Media Access Control，简称MAC协议），其目标是在多个设备共享同一广播信道的情况下，有效地协调数据传输，避免冲突并确保网络效率。 信道分配策略是MAC协议的核心，分为静态分配和动态分配两大类。静态分配，如频分复用（FDM）和同步时分复用（TDM），适用于用户数量固定且通信需求大的场景，每个节点都有固定的信道资源。而动态分配，如异步时分复用（ATDM），适用于用户数量多变且通信需求突发的环境，信道根据需要进行分配。 在竞争方式中，各节点无需事先获得发送权即可发送数据，但这种方式可能导致冲突。无冲突方式则要求每个用户在发送前先取得发送权，如预约或轮转机制，以消除冲突。有限竞争方式是这两者的结合，寻求平衡点。 多重访问协议是实现MAC子层功能的关键技术，其中最经典的包括： 1. ALOHA协议： - 纯ALOHA：用户随时可发送数据，冲突通过监听和重试解决。系统的吞吐量S与系统负载G有关，S=Ge-2G，在G=0.5时达到最大值0.184。 - 时分ALOHA：时间被划分为时间片，每个用户只能在特定时间片开始发送，降低了冲突概率，最大吞吐量S=Ge-G，当G=1时，S可达0.368。 2. 载波侦听多重访问（CSMA）： - CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）：在以太网中广泛应用，节点在发送前先检测信道是否空闲，若空闲则发送，若检测到碰撞则停止并等待随机时间后重试。 - CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）：在无线网络中，由于无法像有线网络那样检测到物理碰撞，因此在发送前不仅要检测信道是否空闲，还需要发送预告信号来避免碰撞，如802.11中的RTS/CTS机制。 这些协议的设计考虑了网络环境的复杂性和资源的有效利用，以确保在共享信道上的多个设备能够公平、高效地传输数据。802.11标准的MAC子层不仅包含了这些基本的介质访问控制策略，还涉及了更复杂的分布式协调功能（DCF）和基础结构模式下的集中式协调功能（PCF），以适应不同类型的网络拓扑和应用场景。例如，DCF基于CSMA/CA，用于自组织的Ad Hoc网络，而PCF则适用于有接入点（AP）的基础设施网络。