CSMA和CSMA/CD技术解析

     CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)。在传统的共享以太网中，所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。今天课课家和大家来解析“CSMA和CSMA/CD技术”，希望帮助你一些。这篇文章需要认真的看哦！

CSMA技术属于介质访问控制技术中的随机接入/访问技术,还有一类技术ALOHA技术CSMA介质访问控制方法：

　　CSMACarrierSenseMultipleAccess

　　每个站点在发送分组前，监听公共信道上其它站点是否在发送分组。如果信道忙，就暂不发送。如果信道空闲，则进入发送处理。

　　CSMA方法分为：

　　1、非坚持CSMA

　　2、时隙非坚持CSMA

　　3、1－坚持CSMA

　　4、P－坚持CSMA

　　坚持和非坚持CSMA：

　　1、非坚持CSMA站点发现信道忙则不再侦听，等待一个随机长的时间后，再开始侦听/发送过程

　　2、1－坚持CSMA发现信道空闲后发送数据（概率为1）发现信道忙则持续等待，直至信道空闲

　　3、P－坚持CSMA发现信道空闲后，以概率P发送数据，或以（1－P）概率推迟发送。发现信道忙则持续等待，直至信道空闲，再以概率P发送数据。

　　CSMA/CD协议的基本原理：

　　尽管已发送前载波监听，但由于通信的随机性，仍然可能发生冲突。

　　CSMA/CD的几个概念

　　上述两种冲突情况都会涉及一个共同算法——退避算法。

　　①退避算法：当出现线路冲突时，如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间，则很容易产生二次、三次的碰撞。因此，要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。

　　截断的二进制指数退避算法（退避算法之一）：

　　当一个站点发现线路忙时，要等待一个延时时间M，然后再进行侦听工作。延时时间M以以下算法决定：

　　M=0~(2^k-1)之间的一个随机数乘以512比特时间（例如对于10MbPS以太网，为51.2微秒），k为冲突（碰撞）的次数，M的最大值为1023，即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积，当k增加到16时，就发出错误信息。

　　②特殊阻塞信息：是一组特殊数据信息。在发送数据后发现冲突时，立即发送特殊阻塞信息（连续几个字节的全1，一般为32-48位），以强化冲突信号，使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号，从而减少造成新冲突的可能性。

　　③冲突检测时间>=2Α:α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。在2α时间里没有感知冲突，则保证发出的数据没有产生冲突。（只要保证检测2α时间，没有必要整个发送过程都进行检测）

　　④X-坚持的CSMA算法：当在侦听中发现线路空闲时，不一定马上发送数据，而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送：

　　算法特点

　　-非坚持的CSMA：线路忙，等待一段时间，再监听；不忙时，立即发送；减少冲突，信道利用率降低：

　　-1坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，立即发送；提高信道利用率，增大冲突：

　　-p坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，根据p概率进行发送，另外的1-p概率为继续侦听（p是一个指定概率值）；有效平衡，但复杂：

　　（5）CSMA控制规程的特征

　　①简单

　　②具有广播功能

　　③平均带宽：f=F/n

　　④绝对平等，无优先级

　　⑤低负荷高效，高负荷低效

　　⑥延时时间不可预测

　　⑦传输速率与传输距离为一定值

　　CSMA的冲突处理方法：继续完成已经开始发送的帧的传送过程，直至应答超时后再进行处理。

　　CSMA/CD的冲突处理方法：发现冲突的发送站点向全网发送一个加强冲突的噪声帧后停止发送；等待一个随机长的时间后重新进入侦听过程。例：二进制指数后退算法

　　CSMA/CD介质访问控制方法：

　　CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)

　　冲突检测：边发送边监听，只要监听到冲突，则冲突双方立即停止发送。

　　CSMA/CD的工作原理：载波监听、冲突检测、多次访问

　　EEE802.3和以太网标准EthernetII

　　CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）技术不仅保留了CSMA协议“先听后说”的规则，而且增加了一项“边说边听”（listenwhiletalk）的功能（即CD）----在数据发送过程中同时主动进行冲突检测而不是被动地等待冲突的发生。一旦检测到冲突发生，就立即停止发送，有效缩短了获知冲突的时间，进一步提高了通信系统的效率。

　　当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于共享的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以有效提高信道的利用率。

　　其应用到的技术类似于CSMA技术，根据信道空闲的检测方式和检测到空闲信道后数据的发送策略，CSMA/CD技术也分为三种：

　　非坚持CSMA/CD——空闲立即发送，忙则随机延迟

　　1-坚持CSMA/CD——空闲立即发送，忙则继续监听

　　p-坚持CSMA/CD——空闲概率发送，忙则继续监听

　　计算机通信网络系统中，一般选择简单易行的1-坚持式CSMA/CD技术。p-坚持式CSMA/CD是个较好的方案，但是实现中很难为一定的通信量选择合适的发送概率p值。

　　CSMA/CD控制方式的优点是：

　　原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。

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