通信工程師交換技術(shù)CSMA/CD協(xié)議

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1.CSMA/CD協(xié)議
以太網(wǎng)MAC層采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多址接人協(xié)議（CSMA/CD協(xié)議），這是一種典型的共享信道隨機(jī)多址接人技術(shù)。前面已指出，傳統(tǒng)以太網(wǎng)的總線是多站點的公共傳輸信道。當(dāng)多個站點共享同一個信道時，由于各站點隨機(jī)地要求使用信道發(fā)送數(shù)據(jù)，所以每次數(shù)據(jù)的傳輸都有可能要與其他的站點爭用信道的使用權(quán)，即存在競爭和沖突問題。為了減小發(fā)生沖突的概率，協(xié)議規(guī)定：數(shù)據(jù)以幀為單位進(jìn)行傳輸，且?guī)L度受限；每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)前，先檢測信道的忙閑狀況，只有在信道空閑時才發(fā)送。佴由于不同站點之間存在信號傳播時延，當(dāng)兩個或兩個以上的站點同時或接近同時檢測到信道空閑時，仍有可能發(fā)生碰撞，所以協(xié)議又規(guī)定：在數(shù)據(jù)幀發(fā)送之后仍繼續(xù)監(jiān)聽信道，若發(fā)現(xiàn)沖突，還要進(jìn)行沖突處理。
因此，CSMA/CD協(xié)議的具體操作步驟如下。
1）每個站點在發(fā)送MAC幀前，首先監(jiān)測信道是否空閑。如果發(fā)現(xiàn)信道空閑，就立即發(fā)送；否則，繼續(xù)監(jiān)測信道。
2）MAC幀發(fā)送后繼續(xù)監(jiān)測信道，并進(jìn)行沖突檢測。若在特定的時間（稱為沖突窗口或爭用期）內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)沖突，就繼續(xù)發(fā)送直至將該幀發(fā)送完；若在沖突窗口內(nèi)發(fā)現(xiàn)沖突，立即停止幀的發(fā)送，并轉(zhuǎn)至步驟（3）。
3）發(fā)送一個短（32比特~48比特）的干擾信號，以強(qiáng)化沖突，讓網(wǎng)內(nèi)所有的站點都知道發(fā)生了沖突并停止發(fā)送。然后，退避一段隨機(jī)的時間后，重復(fù)步驟（1）。
對于CSMA/CD協(xié)議，還需要說明兩個重要的概念，這就是沖突窗口和二進(jìn)制指數(shù)退避算法。
沖突窗口。它定義為可能發(fā)生沖突的最大時間區(qū)間，其值略大于2t,t是總線端到端的單向傳播時延。圖9-5示出可能發(fā)生沖突的一種極端情況。讓我們考慮位于總線兩端的站點A和B。設(shè)A站在,時刻檢測到信道空閑并發(fā)出一個MAC幀，該幀將在,+T到達(dá)B站；又設(shè)B站在t+r-5時刻發(fā)現(xiàn)信道空閑并發(fā)出一個MAC幀（這里5是一個任意小的正數(shù)）。該幀經(jīng)過時間t后將到達(dá)A站。由此可見，總線上的任何站點在發(fā)出其MAC幀之后的2t時間內(nèi)，如果沒有發(fā)現(xiàn)沖突，就肯定不會再發(fā)生沖突。

由于在沖突窗口內(nèi)一定可以發(fā)現(xiàn)沖突，而且一旦檢測到?jīng)_突就中止幀的發(fā)送，故已經(jīng)發(fā)送出去的部分肯定小于64宇節(jié)。這些因沖突而中止發(fā)送的不完整的幀，稱為沖突碎片，它們的長度小于64字節(jié)。所以，以太網(wǎng)的協(xié)議規(guī)定最短的有效幀長度為64宇節(jié)，凡是長度小于64字節(jié)的幀，都作為沖突碎片處理。
以上討論了幀的發(fā)送協(xié)議。總線上的每個站點還要隨時進(jìn)行幀的接收操作。具體的幀接收操作如下。
地址識別：識別所有到達(dá)幀的目的地址，只接收目的地址（單地址或組地址）與本站地址相符的幀。
差錯檢測：對接收的幀進(jìn)行CRC校驗和幀格式的檢査。沖突碎片處理：刪除任何小于64字節(jié)的幀。
上傳信息：MAC層將接收數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容及狀態(tài)信息傳送給上一層。
另外，還需要指出，上述協(xié)議中的載波監(jiān)聽、沖突檢測都是在物理層實現(xiàn)的。沖突檢測之所以能實現(xiàn)，是因為站點通過分接頭能夠?qū)崿F(xiàn)雙工工作，即每個站點在將信號發(fā)送到總線的同時，又可以從總線上接收信號。對于無線單載波的廣播式網(wǎng)絡(luò)（如無線局域網(wǎng)），每個站點在發(fā)射信號的同時是不可能接收的，因此CSMA/CD協(xié)議是不適用的。

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