CSMA/CD解释与理解

1. CSMA/CD含义

CSMA/CD即载波监听多点接入/碰撞检测,此协议是使用在总线型网络中的,不同计算机是通过多点接入的方式连接在一起。协议的重点在于监听和碰撞检测。

2. 为什么要监听和碰撞检测

当初学习的时候,对于为什么要监听空闲和检测碰撞一直很疑惑,其实原因很简单,对于总线型网络来说,如果有多个主机同时发送信号,那么是很难从中分辨出信息的。举个栗子就是一堆不同频率相位的正弦混合在一起,让你从波形图中画出某条正弦曲线,是不是感觉非常的困难?为了避免在网络中遇到这个问题,所以采用载波监听和碰撞检测的方法。

3.载波监听用处

载波监听其实就是检测信道是不是为空,如果是,那么就可以发送自己的信息了。如果信道正忙,那么只能等到信道空闲,才能发送自己的信息。那么,是不是只要空闲发送自己的信息就永远不会出错呢?当然不是,我们联系生活中的一个栗子就能知道,当开会讨论的时候,如果一片安静,那么之后就可能会有两个或者多个人同时开始说话发言。信道上也是如此,甚至更加明显。因为载波监听只能是在自己的位置监听,而从别的主机发送过来的信号需要时间。这就不可避免的会出现主机B明明发送了信息,但是主机A没有发现,也发送一个信息出来,这样便会发生碰撞,导致数据信号失真。

4.碰撞检测用处

碰撞检测就是为了解决上面说的同时发送,或者说在很短时间(B发送信号尚未到达A)内同时发送引发的碰撞问题。碰撞检测即适配器在发送数据的过程中也要检测信道信号,若发现信号电压变化幅度增大超过某个阈值,则认为发生碰撞。

5.截断二进制指数退避

发送了碰撞怎么办?当然是停止发送,找个合适的时间再发送。那么怎么寻找一个合适的时间呢?那就要用到截断二进制指数退避,这个名字听起来很高端大气,其实很简单。首先我们明确一个概念,叫做争用期。什么叫争用期,就是在这个发送信息后的这段时间内可能发生碰撞,但是过了这个争用期,那么就一定不会发生碰撞。我们把争用期定义为两倍的端到端传播时延,如下图,δ足够小的时候,A要经过2τ的时间才能发现碰撞。

退避算法:
1.从[0,1,2, ...,(2^k-1)]中随机选一个数,记为r。重传应在r倍争用期之后进行。k的取值为Min[重传次数,10],即k小于10时为重传次数,最大不超过10 。
2.若重传超过16次还是不成功,则说明信道中数据过多,放弃重传,向高层报告。

6.最短帧长

那么,经历了上面的一系列操作,我们是不是可以保证信道中不会存在冲突了呢?答案是,不能。我们要注意到我们的碰撞检测和监听都是在本机的位置上进行的,不能够跑到别的信道位置上进行。那么这样就存在了一个问题,那就是要发送的信息过短,导致碰撞检测在发送该信息的时候没有检测到碰撞,但是在发送出去之后,这个信息与其他的信息碰撞。就好像你寄东西,寄出去的时候还是好好的,等送到别人手里变得一塌糊涂,这就是在寄的过程中发生了冲突。解决办法很简单,就是增加信息长度。以太网规定最短帧长为64字节,对于10Mbit/s以太网,发送64字节(512bit)数据需要51.2us,也就是上面的争用期。这样如果发生碰撞,那么一定能在自己这边检测出来,因为自己的信号和别人发送的信号混在一起,导致信号电压变化超过阈值。如果发送完了,那么自己是不知道自己发送的东西在路上有没有出现意外,这个就只有接收方才能知道,会把这个丢弃,但是自己不会再次发送,这就导致数据的丢失。并且由于发现冲突就会停止发送,所以可以认为,凡是长度小于64字节的帧都是由于冲突而停止发送无效帧。

7.强化碰撞

在发送数据的时候发生冲突,除了停止发送用户数据,还要继续发送32bit或者48bit的干扰信号,目的就是为了让所有用户都知道现在发生了冲突。

posted @ 2019-05-03 21:36  WhiteBlackCat  阅读(4865)  评论(0编辑  收藏