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CSMA/CD

鎖定
CSMA/CD即載波偵聽多路訪問/衝突檢測,是廣播型信道中採用一種隨機訪問技術的競爭型訪問方法,具有多目標地址的特點。它處於一種總線型局域網結構,其物理拓撲結構正逐步向星型發展。CSMA/CD採用分佈式控制方法,所有結點之間不存在控制與被控制的關係。
中文名
載波偵聽多路訪問/衝突檢測
外文名
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
簡    稱
CSMA/CD
採用標準
IEEE802.3或者ISO8802/3
特    點
算法簡單,易於實現等
所屬領域
計算機科學技術

CSMA/CD產生背景

CSMA協議要求站點在發送數據之前先監聽信道。如果信道空閒,站點就可以發送數據;如果信道忙,則站點不能發送數據。但是,如果兩個站點都檢測到信道是空閒的,並且同時開始傳送數據,那麼這幾乎會立即導致衝突。另外,站點在監聽信道時,聽到信道是空閒的,但這並不意味着信道真的空閒,因為其他站點的數據此時可能正在信道上傳送,但由於傳播時延,信號還沒有到達正在監聽的站點,從而引起對信道狀態的錯誤判斷。在早期的CSMA傳輸方式中,由於信道傳播時延的存在,即使通信雙方的站點,都沒有偵聽到載波信號,在發送數據時仍可能會發生衝突。因為它們可能會在檢測到介質空閒時,同時發送數據,致使衝突發生。儘管CSMA可以發現衝突,但它並沒有先知的衝突檢測和阻止功能,致使衝突發生頻繁。
可以對CSMA協議作進一步的改進,使發送站點在傳輸過程中仍繼續偵聽介質,以檢測是否存在衝突。如果兩個站點都在某一時間檢測到信道是空閒的,並且同時開始傳送數據,則它們幾乎立刻就會檢測到有衝突發生。如果發生衝突,信道上可以檢測到超過發送站點本身發送的載波信號幅度的電磁波,由此判斷出衝突的存在。一旦檢測到衝突,發送站點就立即停止發送,並向總線上發一串阻塞信號,用以通知總線上通信的對方站點,快速地終止被破壞的幀,可以節省時間和帶寬要求站點在發送數據過程中進行衝突檢測,而一旦檢測到衝突立即停止發送數據。這樣的協議被稱為帶衝突檢測的載波監聽多路訪問協議,即 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)協議。 [1] 

CSMA/CD概念

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,載波偵聽多路訪問/衝突檢測協議),早期主要是以太網絡中數據傳輸方式,廣泛應用於以太網中。
載波偵聽(Carrier Sense),意思是網絡上各個工作站在發送數據前,都要確認總線上有沒有數據傳輸。若有數據傳輸(稱總線為忙),則不發送數據;若無數據傳輸(稱總線為空),立即發送準備好的數據。
多路訪問(Multiple Access),意思是網絡上所有工作站收發數據,共同使用同一條總線,且發送數據是廣播式。
“衝突檢測”是指發送結點在發出信息幀的同時,還必須監聽媒體,判斷是否發生衝突(同一時刻,有無其他結點也在發送信息幀)。
CSMA/CD的標準為IEEE802.3或者ISO8802/3。 [1] 

CSMA/CD工作原理

實際上CSMA/CD的工作流程與人際間通話非常相似,可以用以下7步來説明。
第一步:載波監聽,想發送信息包的節點要確保沒有其他節點在使用共享介質,所以該節點首先要監聽信道上的動靜(即先聽後説)。
第二步:如果信道在一定時段內寂靜無聲(稱為幀間縫隙IFG),則該節點就開始傳輸(無聲則講)。
第三步:如果信道一直很忙碌,就一直監視信道,直到出現最小的IFG時段時,該節點才開始發送它的數據(有空就説)。
第四步:衝突檢測,如果兩個節點或更多的節點都在監聽和等待發送,然後在信道空時同時決定立即(幾乎同時)開始發送數據,此時就發生碰撞。這一事件會導致衝突,並使雙方信息包都受到損壞。以太網在傳輸過程中不斷地監聽信道,以檢測碰撞衝突(邊聽邊説)。
第五步:如果一個節點在傳輸期間檢測出碰撞衝突,則立即停止該次傳輸,並向信道發出一個“擁擠”信號,以確保其他所有節點也發現該衝突,從而摒棄可能一直在接收的受損的信息包(衝突停止,即一次只能一人講)。
第六步:多路存取,在等待一段時間(稱為後退)後,想發送的節點試圖進行新的發送。
這時採用一種叫二進制指數退避策略(Binary Exponential Back off Policy)的算法來決定不同的節點在試圖再次發送數據前要等待一段時間(隨機延遲)。
第七步:返回到第一步。
實際上,衝突是以太網電纜傳輸距離限制的一個因素。例如,如果兩個連接到同一總線的節點間距離超過2500米,數據傳播將發生延遲,這種延遲將阻止CSMA/CD的衝突檢測例程正確進行 [2] 

CSMA/CD特點

(1)CSMA/CD介質訪問控制方法算法簡單,易於實現。有多種VLSI可以實現CSMA/CD方法,這對降低Ethernet成本、擴大應用範圍是非常有利的。
(2)CSMA/CD是一種用户訪問總線時間不確定的隨機競爭總線的方法,適用於辦公自動化等對數據傳輸實時性要求不嚴格的應用環境。
(3)CSMA/CD在網絡通信負荷較低時表現出較好的吞吐率與延遲特性。但是,當網絡通信負荷增大時,由於衝突增多,網絡吞吐率下降、傳輸延遲增加,因此,CSMA/CD方法一般用於通信負荷較輕的應用環境中 [1] 
參考資料
  • 1.    何忠主編.局域網組網技術[M].北京:北京郵電大學出版社,2014.08
  • 2.    徐勁松主編.計算機網絡應用技術[M].北京:北京郵電大學出版社,2015.01