09-媒体访问控制

网络设计第九问：媒体访问控制——谁什么时候能发

共享介质上同一时间只能有一台设备在说话。两台同时说——冲突——两方的帧都损坏——都得重发。这就是媒体访问控制要解决的问题：谁先来、怎么排队、冲突了怎么恢复。

一、CSMA/CD——以太网的核心

早期以太网是一根同轴电缆——所有设备挂在同一根线上。发送前先听——静默→可以发。但另一种情况——两方同时开始发——在途中冲突——双方都检测到信号异常——都停下来——各自随机等一段时间再重发。

这个过程就是 CSMA/CD（载波侦听 + 冲突检测）。发送前聆听、发送中检测有无冲突、冲突后随机退避。

但今天的交换机已经是全双工——发送和接收不在同一线上——不再有冲突——CSMA/CD 已经退化——它只在某些历史端口协商中被提及。

二、CSMA/CA——WiFi 的核心

无线里冲突不能在内送时被检测到——因为一个设备不可能在发送信号的同时听到另一个设备的较弱信号——自己的发送功率压过其他所有。

所以是 CSMA/CA——CA = 碰撞避免。在发之前先送一个短请求帧——AP 回应一个确认——发送设备获得介质——再发数据。收到每个帧后接收设备发一个 ACK——丢失则重发。

还有 RTS/CTS——更高级的避免——在发完整帧之前先用短帧预约信道——减少碰撞浪费（因为碰撞只浪费短 RTS 帧——不损毁长数据帧）。

三、TDMA、FDMA、CDMA——移动通信的多个维度

蜂窝网络中——同一个基站服务多个电话——不能靠竞争——共享太慢且不可靠。

• TDMA——时间分多址——每台设备分到时隙——轮流发
• FDMA——频率分多址——不同设备用不同频率——同时发
• CDMA——每个设备用一个不同的编码——所有设备同时、同频发——接收端通过卷积解码分离

4G/5G 用 OFDMA——在频率上的子载波复用——每个设备拿一些子载波——灵活适应流量。

四、总结

交换机时代让以太网的冲突成了历史——物理上不再碰撞。无线退而用 CSMA/CA 做冲突避免——因为它无法在发送中检测到。蜂窝基站则用 TDMA/FDMA/CDMA/OFDMA 这种有序分配方式——因为它必须保证通话质量。

✅ 亮点：从以太网→WiFi→蜂窝通信逐级递进，讲清楚三种共享介质的冲突解决方式的根本物理限制——无线不能同时收发所以只能避免不能检测。扩展方向：5G NR 的帧结构与时隙分配、OFDMA 在数字通信中的数学原理。