概述

在任何一个广播网络中，关键的问题是当多方竞争信道的使用权时如何确定谁可以使用信道。这样的广播信道被称为多路访问信道或随机访问信道。用来确定多路访问信道的下一个使用者的协议属于数据链路层的一个子层，该层被称为介质访问控制子层。

信道分配问题

信道把每个用户与所有其他用户连接在一起，任何正在使用信道的用户和其它也想使用信道的用户会相互干扰。因此需要面临所谓的信道分配问题，主要有两种分配方式即静态分配和动态分配。

静态信道分配

静态信道分配的思想就是把信道容量拆分给多个用户使用，使用某种多路复用技术，比如频分多路复用等。每个用户在预定的时间段或频率上独占信道。这种方法的优点是简单且易于实现，适用于负载较为恒定的环境。

然而，实际网络中流量往往具有突发性特征，因此静态分配往往会造成信道的浪费和阻塞。因此，在实际应用中，静态分配通常只适用于特定的场景，而在大多数情况下，更为灵活的动态分配方法更为常见。

动态信道分配的假设

为了讨论动态信道分配的问题，我们需要做出如下形式化的假设：

流量独立：每个用户的流量是独立的，用户之间的流量不会相互影响。这意味着每个用户的发送行为是独立的，不会因为其他用户的行为而改变。
单信道：所有用户共享一个单一的信道进行通信，没有多个信道可供选择。这意味着所有的通信都必须在同一个信道上进行，用户之间需要协调以避免冲突。
冲突可观察：当两个或多个用户同时发送数据时，会发生冲突，并且这种冲突是可以被检测到的。用户能够检测到冲突的发生，并采取相应的措施来解决冲突。
时间连续或分槽：时间可以是连续的，也可以被划分为离散的时间槽。在连续时间模型中，用户可以在任意时间点发送数据；在分槽时间模型中，用户只能在特定的时间槽内发送数据。
载波侦听或不听：有了载波侦听的假设，一个站在试图使用信道之前就能知道该信道是否正在被使用。

具体的动态分配协议将在后文讨论。

局域网

局域网（LAN）是在一个小区域范围内对各种数据通信设备提供了互连的信息网。决定局域网特性的主要技术有用以传输数据的传输介质、用以连接各种设备的拓扑结构和用以共享资源的介质访问控制方法。

block-beta
    columns 2
    A["网络层（Network Layer）"]:2
    block:group1:2
        columns 2
        C["逻辑链路控制子层（LLC）"]
        D["介质访问控制子层（MAC）"]
    end
    E["物理层（Physical Layer）"]:2

传统的 LAN 大多是共享介质的 LAN（即采用广播信道），不需要路由选择功能，因此只具备 OSI 的第 1、2 层功能。在数据链路层，重点要解决介质访问控制功能，所以，数据链路层又分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。

其中 MAC 负责决定网络信道的分配问题，LLC 对不同的 MAC 协议进行统一封装，使得网络层能忽视 MAC 协议的多样性。

拓扑结构

星型环型星型环总线型树型

graph TD;
    A[中心节点] --> B[节点1];
    A[中心节点] --> C[节点2];
    A[中心节点] --> D[节点3];
    A[中心节点] --> E[节点4];

特点: 所有节点通过一个中心节点连接，易于管理和故障排除，但中心节点故障会导致整个网络瘫痪。
介质访问控制方法: 通常使用集中控制方式，如令牌环或集中式调度。

graph LR;
    A[节点1] --> B[节点2];
    B[节点2] --> C[节点3];
    C[节点3] --> D[节点4];
    D[节点4] --> A[节点1];

特点: 每个节点连接到两个相邻节点，形成一个闭合环，数据沿一个方向传输，易于检测和隔离故障。
介质访问控制方法: 采用令牌环协议，节点只有在持有令牌时才能发送数据。

graph LR;
    A[中心节点] --> B[节点1];
    A[中心节点] --> C[节点2];
    A[中心节点] --> D[节点3];
    A[中心节点] --> E[节点4];
    B[节点1] --> C[节点2];
    C[节点2] --> D[节点3];
    D[节点3] --> E[节点4];
    E[节点4] --> B[节点1];

特点: 结合星型和环型的优点，中心节点和环形连接提供冗余，增强网络可靠性。
介质访问控制方法: 结合集中控制和令牌环协议，确保高效的数据传输和故障恢复。

graph TD;
    A[主干线] --- B[节点1];
    A[主干线] --- C[节点2];
    A[主干线] --- D[节点3];
    A[主干线] --- E[节点4];

特点: 所有节点共享一条主干线，结构简单，易于扩展，但主干线故障会影响整个网络。
介质访问控制方法: 使用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议，节点在发送数据前侦听信道状态。

graph TD;
    A[根节点] --> B[子节点1];
    A[根节点] --> C[子节点2];
    B[子节点1] --> D[子节点1.1];
    B[子节点1] --> E[子节点1.2];
    C[子节点2] --> F[子节点2.1];
    C[子节点2] --> G[子节点2.2];

特点: 以层次结构连接节点，易于管理和扩展，但某一分支故障可能影响该分支的所有节点。
介质访问控制方法: 采用集中控制或分布式控制方式，根据具体应用选择合适的协议。