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计算机网络第九章——数据链路层《介质访问控制》

news 来源：原创 2025/6/25 12:25:06

一、概念

简言之，就是解决之前学拓扑结构的总线型【总线争用】问题

【介质访问控制】又叫【媒体接入控制】，英文都是【MAC】

整体架构（先建立整体关系概念）

大体上分为【静态划分信道】和【动态接入控制】

这一章要学的内容

二、静态信道划分(记住特点就行)

这里简单说一下不知道为什么明明题目很少，历年考察静态划分也很少，但是【王道】和【湖工大】的计网课程都要超级详细去将这几个知识点，我的建议是别听这一部分，直接记忆我笔记里带颜色加粗的那些特点，然后【码分复用】会考计算题，要会算一下就行了

1、疑问：为啥要弄这些东西？

因为如果要多个主机之间相互通信，像最早时期的电报转发那样单独连接线路的话，线路造价高又浪费、而且可能还很慢。

但是如果多个信息共用一个信道传输，那同时发送的多个信息之间会互相干扰，而且接收方也无法分清哪个信息是给自己的，所以就得在【复用一个信道】的基础上去解决信号混乱的问题

2、【信道划分】和【信道复用】概念

【信道划分】

记住【信道划分】的核心思想就是：通过分时、分频、分码的技术手段，把一条广播信道变成一条条【点对点】的信道（多个发送方的信息混合在一个信道，就需要把一整个分开，看是哪个是主机A的、哪个是主机B的...）

【信道复用】

就是物理层面上把独立的多个信道整合成都用一条信道

但是逻辑上是还是结合信道划分和信道复用，把信道分离成独立的信道

要分清物理层面和逻辑层面的区别

3、时分复用 TDM(Time Division Multiplexing)

考点提炼：

1、将全部时长分为一个个等长的时间片段，成为【TDM帧】（与数据帧概念无关）
2、再在TDM帧里划分多个等长的时间片段，成为【时隙】
3、每个用户只能在每1个TDM帧里占用1个时隙发信息，呈现周期性（相当于几个人每隔一段时间轮流说话，在该发言期间每个人只准说1分钟）
4、信道利用率低，如果ABC发消息，即使1个TDM里BC不发信息，A也只能在它的时隙里发信息，不能用BC空闲的时隙
5、TDM适合发【数字信号】，不适合【模拟信号】！！！（而现代计算机网络更流行使用数字信号，所以更广泛使用TDM时分复用）
6、【介质为速率(介质的传播比特速率) > 单个信号的位速率(单信号的传播比特速率)】简单说，就是一条路要按固定时间间隔，依次给多个 “乘客（信号）” 发车，这条路的 “发车速度（介质位速率）” 得比单个 “乘客队伍前进速度（单个信号位速率）” 快，才能把所有乘客的 “行程（数据传输）” 安排好。

4、统计时分复用 STDM(Statistic Time Division Multiplexing)

考点提炼：

1、又叫【异步时分复用】，他是时分复用的改进版，动态分配了时隙，解决了TDM时分复用信道利用率不高的问题
2、和时分复用的周期时间片段TDM帧一样，STDM也有固定时间片段【STDM帧】
3、通过【集中器（concentrator）】实现，所有发送方的信息进入集中器缓存，集中器顺序扫描缓存然后填入STDM帧，当一个STDM帧填满就发出去
4、因此各个用户信息在每个STDM帧内不在占固定的时隙，信道利用率提高（比如ABC发信息，某个STDM内BC不说话，而A一堆话要说，那就都让A说）

5、频分复用 FTDM(Fraquency Time Division Multiplexing)

考点提炼：

1、是用声音信号来传播信息用到的技术，题目提到了频率、频带，直接选频分复用（因为这是声波的东西啊）
2、记住了FTDM传播【模拟信号】，传不了【数字信号】！！！
3、各用户独立占用不同的频带(就是不同的信号频率范围)，多个信息并行的传输，完全不用互相等，充分利用信道带宽

具体细节解释，理解就行

6、波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)

考点提炼：

只用记住：1、是光信号传输用的技术；2、和FTDM频分复用原理一样，只不过是换成了光信号

7、码分复用 CDM(Code Division Multiplexing)

先看总体框架

接下来是难点解释

1、因为计算机里传数据都是0和1，那为了区分哪些是【主机A的0和1】哪些是【主机B的0和1】......我们需要用向量的形式重新标注不同主机的0和1的形式，这些向量在这里称作【码片序列】
2、一个主机如果分配了M维的码片序列，那么这个码片序列就是代表1，而0就是这个码片序列的每一位取负数（比如下面例子的A的码片序列是4维的(1,1,1,1)，那就是1就是(1,1,1,1)，也可写成 a；而0就是(-1,-1,-1,-1)，也可写成 -a）
3、那么当一个主机发N位的一个数据，就是N个对应1或0的码片序列（比如图中A传101，就是(1,1,1,1), (-1,-1,-1,-1), (1,1,1,1)）

4、接收方会提前知道所有发送方的码片序列，但是它收到的信号是多个发送方信息的糅合，这个糅合的码片序列，是不同发送方发的信息之间的【向量相加】（比如图2里A发了a=1=(1,1,1,1)，B发了-b=0=(-1,1,-1,1)，那么C收到的叠加码片序列就是【a + (-b) = (每一位相加，我就不写了)】；同理图3也是）
5、注意要求ABC这些不同的发送方的码片序列必须互相正交！！！（解释：A和B正交就是A和B的内积为0，内积也叫—>点乘也叫—>数量积—>A·B，若A=(x1,y1)，B=(x2,y2)，则A·B = x1x2 + y1y2，正交就是要A·B = x1x2 + y1y2 = 0）
6、那接收方C怎么知道主机A发了什么呢？——> 利用规格化内积：【1/m * a · (C收到的叠加信息)】，只要真的有A发的数据，那么得出的结果必然是1或-1（对应真实信息1或0），这样就能得出发送方A发了什么信息了（注意m是规定的码片序列是几维，比如图片的是4维）
7、如果没有A发送的数据，那么用【A的码片序列】去和【C收到的叠加码片序列】做规格化内积，得出的结果必然是0

7、误区：题目给我们的【接收方C的收到的叠加码片序列】中
并不一定都是ABC发送方一起发的信息糅合，有可能是A和B、有可能是A和C、有可能是B和C、也可能是ABC同时......我们并不知道，不过我们也不用关心
当题目会问我们 “请问A发给C什么数据”，那就说明C收到的叠加码片序列必定是【A】和【其他发送方】的叠加
那么我们只需要将C收到的【叠加码片序列】分别跟A进行规格化内积，就能得到A发送的每一位信号了（记得值是1代表二进制1、-1代表二进制0）
原理就是因为你既然已知有A发送的信息了，然后你又得到了叠加的序列，那每一片叠加序列不就必然包含了A的信息吗？你不用管是A和谁叠加得到的，你只需要理解成你从【一堆混在一起的餐具】里挑出【筷子】就行了（同理如果问B发了什么，你就知道要从里面挑出B就行了，挑出来的办法就是【规格化内积】）

例题

这道题就是典型直接问你A发送的数据是啥，就说明叠加序列必定包含A的信息，那就用A跟每一个叠加序列规格化内积，就得出答案了（记得把一整串序列分割成多个M维叠加序列）

这里注意：因为接收方收到的【叠加码片序列】是A、B、C的维度的倍数（ABC都是4维向量，叠加序列却是12维），所以要把【叠加码片序列】分割成多个和发送方同等维度的序列，这些每一个【叠加码片序列】再跟发送方分别进行规格化内积

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下面这道题就直接不告诉ABCD谁发了，反而是问你是谁发的？

那观察【收到的码片序列】的【维度】，可以发现和ABCD的码片序列维度一样都是8个，那么说明这是由2个发送方的码片序列叠加得到的（向量X + 向量Y的结果维度依旧和它两的维度一样）

那直接用A、B、C、D分别和收到的叠加序列规格化内积，看得到的值是什么，如果是1或-1就说明这个发送方确实有信息包含在里面，而且结果就是这个值；如果得到的值是0，就说明这个主机压根就没发过信息，因为叠加序列里都没包含它

这里注意：因为接收方收到的【叠加码片序列】就已经和A、B、C、D的维度一样了（ABCD都是8维向量，叠加序列也是8维），就说明【所有发送站的信号在这 8 维内完成了一次叠加】，所以只需要让这个【叠加码片序列】和A、B、C、D分别规格化内积就行了，无需再分割

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针对上面【叠加序列】到底为什么有的分割、有的不分割，我画个图大家理解

够直观了吗