CSMA/CD与CSMA/CA：以太网冲突检测与避免机制的深入解析-百度开发者中心

/CD与CSMA/CA：以太网冲突检测与避免机制的深入解析-百度开发者中心文章问答开发者资源云+AI应用平台运营支持开源项目社区登录|注册开发者热搜人工智能云原生AI应用推荐人工智能数据库飞桨PaddlePaddle云计算云原生超级链百度安全物联网大数据开源技术开发者企业服务更多内容CSMA/CD与CSMA/CA：以太网冲突检测与避免机制的深入解析作者：渣渣辉2024.01.18 09:43浏览量：6简介：CSMA/CD和CSMA/CA是两种不同的媒体访问控制协议，用于解决以太网中的冲突问题。本文将详细介绍这两种协议的工作原理和主要区别，并探讨它们在实际应用中的优缺点。CSMA/CD和CSMA/CA是两种在以太网中使用的媒体访问控制协议，它们的差异主要体现在工作机制和适用场景上。首先，CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议主要适用于有线以太网。它采用了一种主动侦听的方式，通过电缆中的电压变化来检测其他节点是否在发送数据。当检测到冲突时，发送节点会停止发送数据，并等待一段随机时间后重试，以防止再次发生冲突。这种机制能够有效地检测和纠正冲突，确保数据传输的可靠性。而CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）协议则主要适用于无线以太网。它采用了一种主动预防的方式，通过检测网络空闲时间和随机延时发送来避免冲突的发生。这种方式可以降低冲突发生的概率，提高网络的整体性能。其次，CSMA/CD和CSMA/CA在应对冲突风险的策略上也有所不同。CSMA/CD主要着眼于冲突的侦测与纠错，要求设备在发送数据的同时侦测是否有其他节点正在发送数据，一旦侦测到冲突，就立即停止发送并等待一段随机时间后重试。这种方式虽然能够有效地检测和纠正冲突，但也会浪费一部分网络资源。相比之下，CSMA/CA的主要着眼点在于冲突的避免与预防。它采用了一种类似于“打仗时先派小分队探路”的策略，通过检测网络空闲时间和随机延时发送来降低冲突发生的概率。这种方式可以在一定程度上预防冲突的发生，提高网络的整体性能。在实际应用中，CSMA/CD和CSMA/CA各有优缺点。CSMA/CD适用于有线以太网环境，可以提供较为可靠的传输性能，但需要具备一定的硬件支持，且对于高负载网络可能会造成一定的性能瓶颈。而CSMA/CA适用于无线以太网环境，可以提供较好的扩展性和灵活性，但在一些复杂环境下可能会存在冲突风险。因此，在实际使用中需要根据具体的场景和需求进行选择。例如，对于要求高可靠性的企业网络或数据中心，CSMA/CD可能是一个更好的选择；而对于需要灵活扩展的无线局域网或物联网应用，CSMA/CA可能更适合。总的来说，CSMA/CD和CSMA/CA作为两种不同的媒体访问控制协议，各自具有独特的工作机制和适用场景。理解它们的差异并正确使用它们可以帮助我们在构建高效、可靠的网络通信系统中获得更好的性能和稳定性。

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计算机网络——CSMA/CD协议 - 知乎

计算机网络——CSMA/CD协议 - 知乎切换模式写文章登录/注册计算机网络——CSMA/CD协议wineCS MATH RAIN\text{CSMA/CD} 协议是以太网中的重要协议, 也是数据链路层中的重难点。由于以太网为总线进行数据传输(多个计算机站接在一根总线上), 若多个计算机同时进行数据发送, 势必会造成数据差错, 于是总线(如集线器)模式使用半双工通信方式进行数据传输。(一个站不可能同时进行发送和接收), 这种通信方式由\mathbf{\text{CSMA/CD}} 协议来维持。1. CSMA/CD协议的要点多点接入(Multipoint Access/MA): 总线型网络, 多个计算机站连接在一条总线上。载波监听(Carrier Sense/CS): 即"边发送, 边监听", 不管在想要发送数据之前, 还是在发送数据之中, 每个站都必须不停的检测信道。发送前检测, 信道空闲才可以发送数据; 发送中检测, 若检测出其他信道在发送, 就中断本站的发送。碰撞检测(Collision Detection/CD): 载波监听的物理实现, 边发送数据边检测信道上电压的变化情况。两个站同时在总线上发送数据时, 总线上的电压变化幅度将增大, 当两个数据碰撞时, 数据失真, 信号电压变化幅度超过门限值。此失真信号(电压变化幅度异常的信息)经一段时间后传至双方各站, 两站被检测到数据失真, 双方立即停止发送。例1. 下列关于 \text{CSMA/CD} 协议中, 说法错误的是()A . 边发送数据帧, 边检测是否发送冲突。B . 适用于无线网络, 以实现无线链路共享。C . 信道忙碌则不能发送数据。D. 当电压变化幅度超过门限值时, 可认为发生碰撞。解答: 碰撞检测边发送数据边检测信道上电压的变化情况，及边发送数据帧, 边检测是否发送冲突, A 正确;\text{CSMA/CD} 协议适用于总线型网络, 即有线网络, B 错误; 发送前检测信道, 信道空闲才可以发送数据, 信道忙碌则不能发送数据, C 正确; 当两个数据碰撞时, 数据失真, 信号电压变化幅度超过门限值, D 正确。2. 碰撞检测2.1 碰撞检测的重要时间点及事件2.1.1 传播时延和比特时间。传播时延: 数据是以电磁波的形式传输的, 某一方发送数据后, 需经过一定时间才能到达目的方。假设电缆为 1\text{km} , 则传播速率一般为 2\times 10^5\text{km/s} . 传播时延约为 \bf{\tau=5\text{$\mu$s}} .比特时间: 发送 n\text{bit} (n 为待发数据的长度)所需要的时间, 这样做的好处是可直接用比特数代替时间, 比如发送 100\text{bit} 的时间为 100 比特时间。一般为了方便说明时间, 下文会经常用比特时间代替常见的秒、微秒等。比特时间与数据传输速率有关, 若一个以太网的数据率为 10\text{Mbit/s} , 100 比特时间则为 t=\frac{100\text{bit}}{10\text{Mbit/s}}=10\text{$\mu$s} .2.2.2 碰撞检测的时间点及事件设传播时延为 \tau , \text{A} 在 t=0 时发送数据, \text{B} 检测到信道空闲, 于是在 t=\tau-\delta 时发送了数据。( \tau\geq\delta>0 )t=0 时, \text{A} 发送数据, \text{B} 检测信道空闲。t=\tau-\delta 时, \text{A} 还未到达 \text{B} , 由于 \text{B} 检测到信道空闲, 因此 \text{B} 发送数据t=\tau-\delta/2 时, \text{A} 与 \text{B} 发生碰撞, 但此时 \text{A} 与 \text{B} 还未检测到碰撞, (信号延时)。t=\tau 时, 失真信号到达 \text{B} , \text{B} 检测到碰撞, 停止发送数据。t=2\tau-\delta 时, 失真信号到达 \text{A} , \text{A} 也检测到碰撞, 也停止发送数据。于是 \text{A,B} 均停止发送, 只能过一会儿发送。接收方丢弃接收到的帧并向上层报告。例2. 某局域网采用 \text{CSMA/CD} 协议, 主机 A 和主机 B 的距离为 1km , 传播速率为 2\times 10^5\text{km/s} . t=0 时, A 发送了数据帧, 在 A 数据发送完毕前, B 也发送了数据帧, 在 t=8\mu s 时, A 检测到碰撞, 则 B 发送数据的时间和 A,B 发送的数据发生碰撞的时间为()A . 4\mu s,5\mu s B . 4\mu s,5.5\mu s C . 3\mu s, 4\mu s D . 3\mu s,3.5\mu s 解答: 传播时延 \tau=\frac{1km}{2\times 10^5km/s}=5\mu s .由于 t=0 时, A 发送数据, 于是 t=2\tau-\delta=10\mu s-\delta=8\mu s 时检测到碰撞, 于是 \delta=2\mu s .那么 B 发送数据的时间 t=\tau-\delta=5\mu s-2\mu s=3\mu s . 又 A,B 发送的数据帧等长, 于是发生 A,B 碰撞的时间 t=\tau-\delta/2=4\mu s . C 正确。例3. 某局域网采用 \text{CSMD/CD} 协议实现介质访问控制, 主机甲和主机乙之间的距离为 2km , 信号传播速度是 20 000km/s 。若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突, 则从开始发送数据时刻起, 再到两台主机均检测到冲突时刻为止, 最短经过多长时间? 最长经过多长时间? (请说明理由或写出计算过程)解: 设主机甲 t=0 时最先发送数据帧, 主机 B 在 t=\tau-\delta 时发送数据帧,( \tau=\frac{2km}{2\times10^5km/s}=10\mu s )由于两主机发生冲突, 则 \tau\geq\delta>0 , 由上述结论, 从开始发送数据时刻起, 再到两台主机均检测到冲突时刻为止所经时间 T=2\tau-\delta 。那么当 \delta=\tau 时, 所经历时间最短, 即甲与乙是同时发送数据的, 最短经历时间 T_{\min}=\tau=10\mu s .当 \delta\rightarrow 0 时, 所经历时间最长, 即在甲的第一个比特到达乙时, 乙刚好发送数据, 最长经历时间 T_{\max}=2\tau=20\mu s .如下图, 下图的两种情况刚好为经历最短和最长时间的情况。左图甲乙同时发送数据, 历时最短; 右图甲的第一个比特到达乙时, 乙刚好发送数据,历时最长注: 此题加粗部分应作为二级结论记住。2.2 争用期由上述例子可以看出, B 发送数据的 \delta 是不确定的; 且由例3的结论可以看出当 \delta \rightarrow 0 时, 这是发生碰撞的最极端情况, 若 B 在 t=\tau 此时再未发送数据, 之后就会检测到信道忙碌, 就不会再发送数据了。那么在 t=2\tau 时, 双方若未检测到碰撞, 说明 B 没有发送数据, 则肯定这次未发生碰撞。于是我们把 t=2\tau 的时间称之为一个争用期。注: 由争用期的概念可引出能使用 \text{CSMA/CD} 协议的最短帧长, 要求数据帧发送时间 \mathbf{\geq} 争用期。原因是, 若数据帧发送时间小于争用期, 发送方 A 在数据到达 B 之前就发完了数据。而检测碰撞必须是边发送边检测的, 数据发完就停止检测碰撞, 于是碰撞就检测不出来了。例4. 假定 1km 长的 \text{CSMA/CD} 协议网络的数据率为 1Gbit/s 。设信号的传播速率为 2\times 10^5km/s , 求能够使用此协议的最短帧长。解: 传播时延 \tau=\frac{1km}{2\times 10^5km/s}=5\mu s .争用期 2\tau=10\mu s .又能使用 \text{CSMA/CD} 协议的最短帧长应满足数据发送时间 t_{发送}\geq 2\tau , 于是, 最短帧长 L_{\min}=ct_{发送_{\min}}=10\mu s\times 1Gbps=10^4bit .例5. 假定 A 和 B 在同一个 10Mbps 的以太网网段上。设两个站点的传播时延为 225 比特时间。现假定 A 开始发送一帧, 请回答下列问题, 给出计算过程或说明理由:(1) 若假定 A 在发送结束前 B 也发送一帧。如果 A 发送的是以太网容许发送的最短的帧, 那么 A 在检测到和 B 碰撞之前能否把自己的数据发送完毕? (考虑以太网帧的前导码)(2) 若并不知道 B 的具体发送时间, 若 A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞, 能否肯定 A 发送的帧不会与 B 发送的帧发送碰撞?解: (1) 以太网容许发送的最短帧为 \mathbf{(64+8)\times 8=576bit};(前导码 8\text B ,内容至少 64\text B );传播时延 \tau=225 比特时间, 而在 t=225 比特时间时, A 的第一个比特到达 B , 因此 B 发送最晚的时间为 t=224 比特时间, 不然 t=225 比特时间时, B 会检测到信道忙不会再发送数据。于是在 t=225+224=449 比特时间时, B 的数据到达 A .由于A 在发送结束前 B 也发送一帧, 因此 A,B 数据会发生碰撞。(问题转换成 A 是否在发送结束前检测到碰撞)而 A 发完自己的数据需要 576 比特时间, 576>449 。 于是, 当失真信号传来时, A 没发送完, 仍监听信号。 A 能检测到碰撞, 停止发送数据。于是A 在检测到和 B 碰撞之前不能把自己的数据发送完毕。(2) 同理, 576>449, 于是若若 A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞, 说明 B 未在 0-576 比特时间内发送数据, 于是A 发送的帧不会与 B 发送的帧发送碰撞。注: 此题是对争用期的理解, 449 比特时间可看作争用期(事实上此题将比特数离散化考虑, 若取 450 也可)。争用期未检测到碰撞就能肯定发送数据不会发生碰撞的原因即为 A,B 从开始发送数据时刻起, 再到两台主机均检测到冲突时刻为止的最长经历时间为 2\tau 3. 截断二进制指数退避算法3.1 算法目的与核心算法目的: 当发送数据双方检测出碰撞后, 利用此算法确定重传时机。算法核心: 当发送数据双方检测出碰撞后, 让双方各自等待一个随机的时间再重新发送。3.2 执行过程计算争用期时间 2\tau , 将 t=2\tau 作为一单位时间。规定争用期取发送以太网最短帧 \mathbf{512b} 的时间。(一般来说 512 比特时间大于传播时延, 为了使数据恰好发完, 所以取以太网最短帧的发送时间)记 AB 两方的重传次数为 k , 令 n=\min\{k,10\}, 构造 AB 的重传时间可选集合: [0,1,\cdots,2^n-1] . AB 双方各从此集合中选取一个数, 记 A , B 选中的两数分别为 r_A,r_B 。 A,B 的重传推迟时间(过了该 \mathbf T 时间检测信道, 并非立即重传, 也叫退避时间)分别为 T_A=tr_A, T_B=tr_B .若 k=16 时仍不成功, 则丢弃该帧, 向上层报告。例6. 以太网中有一个站点, 在连续发生 5 次冲突后, 按二进制指数退避算法, 选择 r=4 的概率为()A . \frac 1 4 B . \frac 1 8 C. \frac 1 {12} D. \frac 1 {32} 解答: 连续 5 次冲突后, 该站点应从 [0,1,\cdots,31] 中随机选取一个数 r , 于是 r=4 的概率为 \frac 1 {32} , D 正确。例7. 某 100Mb/s 的以太网使用 \text{CSMA/CD} 协议, 该以太网的某个站在发送帧时检测到碰撞并准备第二次重传, 则所需等待的最大退避时间为()。A . 5.12\mu s B . 15.36\mu s C. 25.6\mu s D . 51.2\mu s 解答: 100Mb/s 的争用期 2\tau=\frac{512b}{100Mb/s}=5.12\mu s .第二次重传时, 该站点应从 [0,1,2,3(2^2-1)] 中随机选取一个数 r, 于是最大退避时间 T_{\max}=3\times 5.12\mu s=15.36\mu s . B 正确.例8. 以太网上有两个站, 它们之间使用 \text{CSMA/CD} 协议, 按二进制指数退避算法重传数据失败了一次, 则它们第二次重传成功的概率为()A . \frac 1 4 B . \frac 1 2 C . \frac 3 4 D . \frac 7 8 解答: 第二次重传时, A 和 B 都应从 [0,1,2,3] 中随机选择一个数 r_A,r_B , 若 r_A=r_B , 则同一时间重传, 此次重传失败; r_A=r_B 的概率为 4\times \frac 1 4 \times\frac 1 4=\frac 1 4 . 于是第二次重传成功的概率 p=1-\frac 1 4=\frac 3 4 , C 正确.例9. 以太网上只有两个站, 它们同时发送数据, 产生了碰撞。于是按截断二进制指数退避算法进行重传。重传次数记为 i , i=1,2,3\cdots,16 。试计算: 第 i 次重传失败的概率; 以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数 I 。解: 第 i 次重传失败的概率记为第 i 次选择时 r_A=r_B 的概率, 于是第 i 次重传失败的概率为\overline{P_i}=2^k\times\frac 1 {2^k}\times\frac 1 {2^k}=\frac 1 {2^k} , k=\min\{i,10\} .于是第 i 次重传成功的概率 P_i=1-\overline{P_i}=1-\frac 1 {2^k} , k=\min\{i,10\} .那么重传了一次就成功的概率 \mathbb{P_1}=P_1=\frac 1 2 .重传了两次成功的概率 \mathbb{P_2}=\overline{P_1}P_2=\frac 1 2\times(1-\frac 1 4)=\frac 3 8 .重传了三次成功的概率 \mathbb{P_3}=\overline{P_1}\overline{P_2}P_3=\frac 1 2\times\frac 1 4\times(1-\frac 1 8)=\frac 7 {64} ....重传了 i 次成功的概率 \mathbb{P_i}=\overline{P_1}\overline{P_2}\cdots P_i=\left[1-\left(\frac 1 2\right)^{\min\{i,10\}}\right] \cdot\prod\limits_{j=1}^{i-1}\left(\frac 1 2\right)^{\min\{j,10\}} 于是平均重传次数\begin{aligned}I&=1\times\frac 1 2+2\times\frac 3 8+3\times\frac 7 {64}+\cdots\\ &=\sum\limits_{i=1}^{16}i\left[1-\left(\frac 1 2\right)^{\min\{i,10\}}\right] \cdot\prod\limits_{j=1}^{i-1}\left(\frac 1 2\right)^{\min\{j,10\}}\\ &\approx 1.637次 \end{aligned} 注: 以太网上 n 个站使用截断二进制指数退避算法进行重传, 重传成功条件是每个站点的 r 值都不同。4. 强化碰撞4.1 人为干扰信号当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时, 除了立即停止发送数据外, 还要再继续发送 32 比特或 48 比特的人为干扰信号, 以便所有用户都知道已经发生碰撞。另外,若发送人为干扰信号, 则退避算法的执行时间是等待发送完干扰信号后执行。4.2 帧间最小间隔接收方接收一帧后, 为了让接收方的接收来得及清理, 做好接受下一帧的准备。于是规定若检测出信道空闲持续 96 比特时间时, 才发送一帧。例10. 假定 A 和 B 在同一个 10Mbps 的以太网网段上, t=0 时同时发送了数据帧。当 t=225 比特时间时, A 和 B 同时检测到了碰撞, 并且在 t=225+48 比特时间时完成了干扰信号的传输。 A 和 B 在 \text{CSMA/CD} 算法中分别选择了 r_A=0,r_B=1 进行退避。试问: A 和 B 各在什么时间重传数据帧? A 重传的数据帧在什么时间到达 B ? A 重传的数据会不会和 B 重传的数据再次发生碰撞? B 会不会在预定的重传时间重新发送数据?解: 作出 A B 双方的时序图并标出重要节点:(单位均为比特时间)\text{i)} t=0 时, A , B 同时发送信号。\text{ii)} t=225 时, A,B 均检测到碰撞, 并发送干扰信号。\text{iii)} t=273 时, A,B 均发送完干扰信号, 执行退避算法。此时, r_A=0, r_B=1 .\text{iv)} t=498 时, 由于 r_A=0 , A 立刻检测信道; r_B =1, 因此 B 要推迟 225 比特时间才检测信道。\text{v)} t=594 时, 已过帧间最小间隔, A 重发该帧。\text{vi)} t=819 时, A 的第一个比特到达 B \text{vii)} t=785 时, B 开始检测信道, 但由于仅过了 34 比特时间就检测到了 A 发来的数据帧, 于是 B 不能发送数据。于是: A 会在 t=594 , B 会在 785+96=881 比特时间重传数据帧; A 重传的数据帧在 t=819 比特时间到达 B ; A 重传的数据不会和 B 重传的数据再次发生碰撞; B 不会在预定的重传时间重新发送数据。5. CSMA/CD协议小结小结来自谢希仁计算机网络第8版P92\text{CSMA/CD} 协议要点如下：准备发送: 适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧, 放入适配器的缓存中。但在发送之前，必须先检测信道。检测信道: 若检测到信道忙，则继续不停地检测，一直等待信道转为空闲。此时会在 96 比特时间内信道保持空闲(保证了帧间最小间隔)，就发送这个帧。在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。这里只有两种可能性:①发送成功: 如果在争用期内一直未检测到碰撞， 就认为发送成功(如果接收方收到了有差错的帧，就丢弃它，后续的工作由高层来处理)。发送完毕后，其他什么也不做，出后回到准备发送阶段。②发送失败: 在争用期内检测到碰撞。 这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号，适配器接着执行指数退避算法，等待 r 倍 512 (争用期)比特时间后，返回检测信道阶段。但若重传达 16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错。编辑于 2022-12-24 14:21・IP 属地湖南计算机网络网络协议计算机考研​赞同 53​​13 条评论​分享​喜欢​收藏​申请

【计算机网络】数据链路层 : 以太网 ( 无连接、不可靠服务 | 以太网发展 | 10BASE-T 以太网 | MAC 地址 | 以太网 MAC 帧 | 高速以太网 )_不可靠无连接-CSDN博客

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最新推荐文章于 2023-10-18 17:22:17 发布

韩曙亮

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一、 以太网 ( Ethernet ) 概述二、 以太网 ( Ethernet ) 服务三、 以太网 ( Ethernet ) 发展四、 10BASE-T 以太网五、 适配器 与 MAC 地址六、 以太网 MAC 帧七、高速以太网

一、 以太网 ( Ethernet ) 概述

以太网 ( Ethernet ) 概述 :

① 开发者 : 由 Xerox 公司创建 , 由 Xerox , Intel , DEC 联合开发的 “基带总线局域网规范” ;

② 标准 : 是 局域网 采用的 最通用的 通信协议标准 ;

③ 介质访问控制 方式 : CSMA / CD 协议 , Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection , 载波监听多点接入 / 碰撞检测 协议 ;

以太网 ( Ethernet ) 优势 :

① 造价低 : 100 元以下 ;

② 应用广泛 : 是当前应用最广泛的 局域网 技术 ;

③ 组网简单 : 比 令牌环网 , ATM 网 , 组网简单 , 成本低 ;

④ 速率高 : 10Mbps ~ 10Gbps ;

以太网 ( Ethernet ) 标准 :

DIX Ethernet V2 : 第一个局域网 产品 的规约 ;IEEE 802.3 : 第一个 IEEE 以太网标准 ;

二、 以太网 ( Ethernet ) 服务

以太网 ( Ethernet ) 服务 :

① 无连接 : 发送方 接收方 之间 , 没有握手过程 ;

② 不可靠传输 : 数据帧没有编号 , 接收方不返回确认帧 , 差错帧直接丢弃 , 由高层纠错 ;

以太网 实现 无连接 , 无差错接收 , 不可靠传输 ;

三、 以太网 ( Ethernet ) 发展

传输介质发展 : 粗同轴电缆 -> 细同轴电缆 -> 双绞线 + 集线器

物理拓扑 发展 : 总线型 -> 星型

以太网 拓扑结构 :

逻辑拓扑 : 总线型拓扑 , 逻辑上是总线型网络 , 各站点共享逻辑总线 , 介质访问控制 使用 CSMA/CD 协议 ;物理拓扑 : 星型拓扑

物理拓扑发展成了星型 , 逻辑拓扑保持原样 ;

四、 10BASE-T 以太网

10BASE-T 以太网 参数 :

① 传输信号 : 基带信号 ;

② 传输介质 : T 表示 双绞线 , 当前采用的是 无屏蔽双绞线 ( UTP ) ;

③ 传输速率 :

10

10

10 Mbps ;

④ 拓扑结构 : 物理 星型拓扑 , 逻辑 总线型拓扑 ;

⑤ 链路长度 : 每段双绞线长度最长

100

100

100 米 ;

⑥ 编码方式 : 曼彻斯特编码 ;

⑦ 介质访问控制方式 : CSMA / CD 协议 , Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection , 载波监听多点接入 / 碰撞检测 协议 ;

五、 适配器 与 MAC 地址

适配器 与 MAC 地址 :

① 通信适配器 : 主机 与 局域网 连接的接口 , 又称为网卡 , 现在不使用单独的网卡 ;

② 适配器组成 : 适配器 上有 处理器 和 存储器 , 存储器包括 RAM 和 ROM ;

③ MAC 地址 存储 : ROM 上存储有计算机的 MAC 地址 ; 该 MAC 地址又称为 硬件地址 , 物理地址 ;

④ MAC 地址 组成 :

48

48

48 位 二进制地址 , 前

24

24

24 位 代表厂家 , 后

24

24

24 位 由厂家自己指定 ;

48

48

48 位刚好是

6

6

6 字节 , 可以使用

6

6

6 个十六进制数字表示 ;

六、 以太网 MAC 帧

以太网 V

2

2

2 格式 MAC 帧 :

① 帧头 :

6

6

6 字节目的地址 +

6

6

6 字节原地址 +

2

2

2 字节类型标识 ; 类型指的是 网络层 协议类型 ;

② 数据部分 : 上层传下来的 IP 数据报 , 长度

46

46

46 ~

1500

1500

1500 字节 ;

最小长度来源 : 以太网最小帧长

64

64

64 字节 , 除去 帧头 14 字节 , 帧尾

4

4

4 字节 , 数据部分 还剩下

46

46

46 字节 ;最大长度来源 : 以太网最大 MTU 是 1500 字节 ;

③ 帧尾 :

4

4

4 字节 , CRC 循环冗余校验的 FCS 帧序列 ;

④ 前导码 : 物理层 传输时 , 为了进行帧同步 , 在 以太网 MAC 帧前 , 加入

1

1

1 字节的前导码 ;

⑤ 帧间隔 : 帧与帧之间有一定的空白间隙 , 如果一段信号没有电压变化 , 说明这是帧间隔 ;

七、高速以太网

高速以太网 : 速率大于 100Mbps 的网络 ;

① 100BASE-T 以太网 :

速率 : 100Mbps传输介质 : 双绞线拓扑结构 : 物理 星型 , 逻辑 总线型介质访问控制方式 : IEEE 802.3 的 CSMA / CD 协议信道工作方式 : 半双工 , 全双工

② 吉比特以太网 :

速率 : 1 Gbps传输介质 : 双绞线 或 光纤信道工作方式 : 半双工 , 全双工

③ 10吉比特以太网 :

速率 : 10 Gbps传输介质 : 光纤信道工作方式 : 全双工

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【计算机网络】数据链路层 : 以太网 ( 无连接、不可靠服务 | 以太网发展 | 10BASE-T 以太网 | MAC 地址 | 以太网 MAC 帧 | 高速以太网 )

一、 以太网 ( Ethernet ) 概述、 二、 以太网 ( Ethernet ) 服务、 三、 以太网 ( Ethernet ) 发展、 四、 10BASE-T 以太网、 五、 适配器 与 MAC 地址、 六、 以太网 MAC 帧、 七、高速以太网、

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专栏目录

Automotive Ethernet车载以太网测试硬件介绍 （BMW 10年以太网测试合作伙伴, Technica Engineering）

12-29

硬件工具涵盖 100 Base-Tx与100 Base-T1互相转换的Media Converter, 以及数据链路层的Media Gateway(同时支持CAN,LIN,Flexray等），支持802.1AS时间同步；以及FPGA转换的TAP测试工具SPY，固定时间延迟，40ns时间精度...

2020-08-24

qq_50234440的博客

08-24

262

计算机网络面试题总结（网络层）

IO协议#

问题一：如何理解IP的不可靠和无连接

不可靠：指的是不能保证数据包能成功地到达目的地。发生错误的时候，丢弃该数据包，发送ICMP消息给信源端。可靠性由上层提供。

无连接： ：IP 不维护关于后续数据报的状态信息。 体现在，IP 数据可以不按顺序发送和接收。A 发送连续的数据报，到达 B 不一定是连续的， 来回路由选择可能不一样，路线也不一样，到达先后顺序也不一样。

问题二：IP报文的格式和各个字段的含义。

版本号： IPV4 就是 4，IPV6 就是 6 （4）

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计算机网络网络层

qq_45757401的博客

10-29

732

来源于湖科大教书匠

因特网使用的TCP/IP协议中的网际层提供的是无连接的、不可靠的数据报服务。

而ATM帧中继和X.25的网络层提供的是面向连接的、可靠的虚电路服务。

TCP/IP协议体系的网际层使用IP地址。

一种是由用户或管理员进行人工配置，适用于规模小，且网络拓扑结构不变的小型互联网。

一种是实现各种路由器选择协议，由路由器执行路由选择协议中所规定的路由选择算法，而自动得出路由表中的路由记录，适用于大型互联网。

因特网

地址解析协议ARP

网际控制报文协议ICMP

网际组管理协议IGMP

计算机网络 | 数据链路层

编程菜鸟的学习记录

11-19

550

计算机网络 | 数据链路层

以太网MAC协议--CSMA/CD协议

Bing's Blog

11-17

1万+

以太网MAC协议–CSMA/CD协议@(计算机网络)为了通信的方便，以太网采用了两种重要的措施：CSMA/CD协议

采用无连接的工作方式：传输数据之前不用建立连接

对发送的帧不进行编号，也不要求接收方发回确认帧。这样做的理由：局域网的信道质量非常好，因为信道质量产生的错误的概率非常小。区别于数据链路层协议。

所以，以太网提供的是无连接不可靠的服务。尽最大努力交付即可。关于CSMA/CD协议，我只是单

3.6.2 以太网

辉小歌的博客

10-13

611

目录思维导图以太网概述以太网提供无连接、不可靠服务传输介质和拓扑结构的发展10BASE-T以太网适配器与MAC地址以太网MAC帧高速以太网

思维导图

以太网概述

以太网提供无连接、不可靠服务

传输介质和拓扑结构的发展

10BASE-T以太网

适配器与MAC地址

以太网MAC帧

高速以太网

...

21CN复习

HGGshiwo的博客

12-30

545

名称

单位

Physical Layer

bit

Data Link Layer

frame

Network Layer

packet

Transport Layer

Segment

Session Layer

Session

Presentaion Layer

Message

noiseless: 2Wlog⁡2V2W\log_2V2Wlog2​V, W是带宽，V是码元数

noisy: Wlog⁡2(1+SN)W\log_2(1+\frac{S}{N})Wlog2​....

计算机网络必会：TCP和UDP，面向连接，无连接，可靠与不可靠

m0_58381606的博客

01-17

3160

4、重传确认重传不分家，TCP的发送方在规定的时间（重传时间）内没有收到确认就要重传已发送的报文段，动态改变重传时间。2、序号 一个字节占一个序号，序号字段指的是一个报文段第一个字节的序号。（3）长度：UDP 用户数据报的长度，其最小值是 8（即仅有首部部分），单位：字节。3、TCP提供可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按序到达。

计算机网络—— IP协议是不可靠无连接的，那为什么当初不直接把它设计为可靠的？

ZhangJiawen的博客

03-15

3358

前言   

    今天在知乎上看到这样一个问题，觉得比较有意思，IP协议是不可靠无连接的，那为什么当初不直接把它设计为可靠的？对于这个问题，今天就来谈一谈我的一些想法吧。

 

打个比方

    我们都知道IP协议是无连接的，传输也是不可靠的。那为什么还要设计这个看似“鸡肋”的协议呢？

...

计算机网络第三章——数据链路层

最新发布

ScheenDuan的博客

10-18

259

频分复用实现了多用户数据的同时传输，但在同一时间，不同用户占用不同的信道带宽频率，那就会造成不同用户使用的信道频率有高有低，各用户间的宽带使用体验也是不同的，高频段用户使用的速度更快，低频段用户使用的速度会慢一些，不是一个平衡的状态。以太网2的MAC帧并没有包含帧定界标志，其交付给物理层后，物理层会在帧的前面添加一个前导码，前导码包含7字节前同步码和1字节的帧开始定界符，前者作用是使接收方的时钟同步，后者作用是让接收方知道帧开始定界符后面紧跟着的就是MAC帧。但在物理上来看，信号还是轮流占用物理信道的。

TCP通信（四）——传统以太网用词

图像学习之旅

01-15

318

10BASE-T的含义，简称双绞线以太网。"10"代表传播速率为10Mbps;"Base"代表"基带传输";"T"代表双绞线。适用于基带局域网(LAN) 的以太网标准，采用双绞线缆，在星形拓扑结构中速度为每秒10兆比特。所有节点都接至称为多端口转发器的中央集线器

中。

在10Base-2中，10"代表传播速率为10Mbps，"Base"代表"基带传输"，数字“2”表示最大延伸距离接近200米，2...

以太网技术

05-23

第三章 数据链路层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 物理层总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...

IEEE 802.3 以太网协议基础解析

12-31

IEEE 802.3 通常指以太网。一种网络协议。描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。

计算机网络技术20秋在线作业2-0005.docx

05-25

网卡 C:网络服务器 D:网络互连设备 答案：B 10s-T以太网中，以下说法不对的是() A:10指的是传输速率为10MBPS B:Base指的是基带传输 C:T指的是以太网 D:10Base-T是以太网的一种配置 答案：A,B,D 各种网络在物理层互连...

计算机网络应用基础-习题集(含答案).doc

06-05

下面不属于网卡功能的是〔 〕 A、实现介质访问控制 B、实现数据链路层的功能 C、实现物理层的功能 D、实现调制和解调功能 23. 在IEEE802.3的标准网络中，10BASE-TX所采用的传输介质是( )。 24. 在TCP/IP协议簇中，...

【计算机网络】网络层 : IP 数据报分片 ( 数据分片机制 | 分片示例 | 三种数据长度单位 )

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10BASE-T1L详解

06-10

10BASE-T1L是一种低速率的以太网物理层标准，它是用于汽车和工业应用中的网络通信。它使用单根双绞线进行数据传输，支持最高传输速率为10 Mbps。

10BASE-T1L标准定义了物理层和数据链路层的规范，以保证网络设备之间的互通性。其物理层规范包括传输介质、线缆长度、线缆类型、接口等内容。其数据链路层规范包括帧格式、MAC地址、帧同步、帧检验等内容。

10BASE-T1L标准使用的是单根双绞线进行数据传输，线缆长度最长为40米。该标准使用的是基带调制技术，即将数字信号直接传输到物理介质上，而不需要进行调制。

10BASE-T1L标准的传输速率虽然较低，但它具有可靠性高、成本低、安装方便的优点，因此在汽车和工业控制等领域得到了广泛应用。同时，随着物联网技术的发展，10BASE-T1L标准也将在更多的领域得到应用。

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大佬的文章让我对这领域的技术问题有了更深入的了解，尤其是大佬提到的那些“坑点”，我相信能够在实际应用中避免或解决很多问题。

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春天来了，虽然天气有点凉，但是万物复苏，一切充满生气，是个令人神往的季节。大佬的文章更是增添了几分生机，如同远野上含苞欲放的花朵，期待大佬更多佳作。

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/CD协议_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心CSMA/CD协议播报讨论上传视频媒体访问控制方法收藏查看我的收藏0有用+10本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/collision detection，带有冲突检测的载波侦听多路存取）是IEEE 802.3使用的一种媒体访问控制方法。从逻辑上可以划分为两大部分：数据链路层的媒体访问控制子层（MAC）和物理层。它严格对应于OSI开放系统互连模式的最低两层。LLC子层和MAC子层在一起完成OSI模式的数据链路层的功能。CSMA/CD的基本原理是：所有节点都共享网络传输信道，节点在发送数据之前，首先检测信道是否空闲，如果信道空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，再对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。中文名CSMA/CD协议外文名Carrier Sense Multiple Access/collision detection缩    写CSMA/CD起    源ALOHA网目录1简介2工作原理3特点4优点5主要目的6其它▪数据链路层的功能▪冲突检测的方法简介播报编辑CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection），在以太网中使用随机争用型的介质访问控制方法，即冲突检测的载波监听多路访问的方法。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。 [1]工作原理播报编辑CSMA/CD的基本原理是：每个节点都共享网络传输信道，在每个站要发送数据之前，都会检测信道是否空闲，如果空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，则对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。 [2]特点播报编辑CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。主要应用于现场总线Ethernet中。另一个改进是，对于每一个站而言，一旦它检测到有冲突，它就放弃它当前的传送任务。换句话说，如果两个站都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧，因为这样只会产生垃圾而已；相反一旦检测到冲突之后，它们应该立即停止传送数据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。优点播报编辑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。主要目的播报编辑CSMA/CD采用IEEE 802.3标准。它的主要目的是：提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会，参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有等会场安静下来后，他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"；将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”；如果有两人或两人以上同时说话，大家就无法听清其中任何一人的发言，这种情况称为发生“冲突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突，这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生，这时他需要停止讲话，然后随机后退延迟，再次重复上述过程，直至讲话成功。如果失败次数太多，他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。 [3]其它播报编辑数据链路层的功能1. 在物理层中把依赖于媒体的特性分离出来，使得LLC子层和MAC子层能适用于一系列媒体。在物理层内定义了两个重要的兼容接口，即依赖于媒体的媒体相关接口MDI和访问单元接口AUI。MDI是一个同轴电缆接口，所有站都必须严格遵守IEEE 802.3定义的物理媒体信号的确切技术规范，严格遵守站点正确动作的规程，要求这个物理媒体接口完全兼容；AUI为第二兼容接口，大多数站点都设在离开同轴电缆的连接处有一段距离的地方，在与同轴电缆靠近的MAC中只有少量电路，而大部分硬件和全部软件都在站点中，对于确保通信来说，符合这个接口并不是绝对必要的，但是由于它允许在MAC和站配合使用时有极大的灵活性，所以推荐这个接口。MAC子层和LLC子层之伺的接口，包括发送和接收帧的设施，并提供每个操作的状态信息，以供高一层差错恢复规程之用， MAC子层和物理层之间的接口，包括成帧、载波监听、启动传输和解决争用（冲突控制）的信号，在两层间传送一对串行比特流（发送、接收）的设施和用于定时等待的功能。2．MAC的帧结构MAC帧是在MAC子层实体间交换的协议数据。帧的8个字段为：前导码、帧起始定界符、目的地址、源地址、表示信息字段长度的长度字段、要发送的以LLC数据、需要进行填充的字段和帧校验序列字段。这8个字段除LLC数据和填充字段外，长度都是固定的。前导码字段包含7个字节，它用于使PLS（物理收发信号）电路和收到的帧达到稳态同步。帧起始定界符（SFD）字段是10101011序列，它紧跟在前导码后，表示一帧的开始。地址字段包括目的地址字段和源地址字段。目的地址字段规定该帧发往的目的地。源地址字段用于标识起始发送该帧的站。MAC子层有两类地址：即单个地址和成组地址，单个地址说明该地址与网络上一个特定站有关，成组地址说明是多目的地的地址，它与给定网络上的一个或多个站有关。也可以是广播地址，即表示网络上所有站的一组地址。长度字段是两个字节字段，其值表示数据字段中LLC数据的字节数量，数据字段包含数据序列，为了CSMA/CD协议的正常操作需要一个最小帧长度，必要时可在LLC数据字段之后，FCS之前以字节为单位加以填充。帧校验序列（FCS）字段是发送和接收都要使用循环冗余校验码（CRC）算法所产生的FCS字段的CRC码，帧的长度为64个字节到1518字节之间。3．MAC子层的功能IEEE 802.3标准提供了MAC子层的功能说明，主要有数据封装和媒体访问管理两个方面。数据封装（发送和接收数据封装）包括成帧（帧定界和帧同步）、编址（源地址及目的地址的处理）和差错检测等。媒体访问管理包括媒体分配和竞争处理。（1）发送数据封装部分的功能当LLC子层请求发送一帧时，MAC子层的发送数据封装部分用LLC子层所提供的数据结构组帧，它将一个前导码P和一个帧起始定界符SFD附加到帧的开头部分，还将PAD附加到结尾部分，以确保传送帧的长度满足最小帧长的要求，它还要附加目的地址和源地址，长度计数字段和帧校验序列，然后把组成的帧交给MAC子层的发送媒体访问管理部分以供发送。（2）发送媒体访问管理部分的功能借助于监视物理层收发信号（PLS）部分提供的载波监听信号，发送媒体访问管理设法避免发送信号与媒体上其它信息发生冲突。在媒体空闲时，经短暂的帧间延迟（提供给媒体恢复时间）之后，就启动帧发送，然后，MAC子层将串行位流送给PLS接口以供发送，PLS完成产生媒体上电信号的任务。同时，监视媒体和产生冲突检测信号。在没有争用的情况下，即完成发送。完成发送后，MAC子层通过LLC与MAC间的接口通知LLC子层，等待下一个发送请求。假如产生冲突，PLS接通冲突检测信号，接着发送媒体访问管理开始处理冲突。首先，它发送一个称为阻塞（Jam）的位序列来强制冲突，这就保证了有足够的冲突持续时间，以使其它与冲突有关的发送站都得到通知，在阻塞信号结束时，发送媒体访问管理就停止发送。发送媒体访问管理在随机选择的时间间隔后再进行重发尝试，在重复的冲突面前反复进行重发尝试，发送媒体访问管理用二进制指数退避算法调整媒体负载。然后，或者重发成功，或者媒体故障或过载的情况下，放弃重发尝试。（3）接收媒体访问管理部分的功能首先由PLS检测到达帧，使接收与前导码同步，并接通载波监听信号。接收媒体访问管理部件要检测到达的帧是否错误，帧长是否超过最大长度，是否为8位的整倍数，还要过滤冲突的信号，即把小于最小长度的帧过滤掉。（4）接收数据解封部分的功能这一部分检验帧的目的地址字段，决定本站是否应该接收该帧，如地址符合，将送到LLC子层，并进行差错检验。下面列出IEEE 802.3 MAC协议的10Mbps实现方案的参数值。参数 数值Slot Time（时间片） 512比特时间Inter Frame Gap（帧问间隔） 9．6微秒attempt limit（尝试极限） 16Back off limit（退避极限） 10Jam size（人为干扰长） 32比特max Frame size（最大帧长） 1518字节min Frame size（最小帧长） 64字节address size（地址字段长） 48比特冲突检测的方法冲突检测的方法很多，通常以硬件技术实现。一种方法是比较接收到的信号的电压大小。只要接收到的信号的电压摆动值超过某一门限值，就可以认为发生了冲突。另一种方法是在发送帧的同时进行接收，将收到的信号逐比特地与发送的信号相比较，如果有不符合的，就说明出现了冲突。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000

还不懂什么是 CSMA/CD 协议 ? 看这篇文章就够了_csma/cd协议-CSDN博客

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还不懂什么是 CSMA/CD 协议 ? 看这篇文章就够了_csma/cd协议-CSDN博客

还不懂什么是 CSMA/CD 协议 ? 看这篇文章就够了

最新推荐文章于 2023-12-25 21:24:10 发布

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版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

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计算机网络

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本文首先介绍以太网的特点，然后介绍 CSMA/CD 协议。

文章目录

一、以太网的特点广播的方式两个重要措施

二、CSMA/CD 协议三、二进制指数类型退避算法四、总结

一、以太网的特点

最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。

‍ 就像下图一样：

广播的方式

我们首先要明确，以太网采用广播方式发送 数据：

1️⃣ 总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。2️⃣ 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。3️⃣ 在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。

由此我们可以看到，以太网上面实现的是广播的一对一通信。

两个重要措施

不仅如此，以太网为了通信的方便，采取了两种重要措施：

1️⃣ 采用较为灵活的无连接的工作方式2️⃣ 以太网发送的数据都使用 曼彻斯特 (Manchester) 编码

下面我们分别来解释一下这两点体现在哪里。

1、采用无连接的工作方式 ：

不必先建立连接就可以直接发送数据。

以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。

当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。

❓ 你可能会有疑问，什么都不做那数据直接被丢弃了岂不是不完整了。

其实并不是真的什么也不做，只是当出现问题的时候他会向高层汇报，说：喂你好！你给我的外卖被我丢了，请再发一份给我。

于是高层就是重新发一份完整的 帧 给以太网 。

2、以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码

至于曼切斯特编码，您可以点击这里 曼切斯特编码 了解相关内容。

这里给出一张图片，带你快速回顾 ：

曼彻斯特编码缺点是：它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。从图中也可以看出，原来的的 1 的位置对应了两个电波信号。

二、CSMA/CD 协议

首先说一下这些字母啥意思：

CSMA/CD 含义：载波监听多点接入 / 碰撞检测 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 。

下面逐字解析：

1️⃣ 载波监听：是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。2️⃣ 多点接入：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。3️⃣ 碰撞检测：就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

概念不好理解，我们举个例子。

有一屋子的人在开讨论会，没有会议主持人控制发言。 想发言的随时可发言，不需要举手示意。 但我们还必须有个协议来协调大家的发言。 这就是：如果你听见有人在发言，那么你就必须等别人讲完了才能发言（否则就干扰了别人的发言）。但有时碰巧两个或更多的人同时发言了，那么一旦发现冲突，大家都必须立即停止发言，等听到没有人发言了你再发言。

这就是 CSMA/CD 协议 的作用，协调各位的发言别冲突了。

版权声明：本文为CSDN博主「今天吃香菇酱」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43941364/article/details/105639195 防 spider 用,读者忽略。

每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。

我觉得还是不好理解，不行，再举一个例子！

两辆车，相对而行，有约束如下：

1️⃣ 路面是圆的2️⃣ 车一旦发出不能停止3️⃣ 司机只能直视前方

相信大家已经才到结果了，这铁定会相撞！

路上可以有很多车，相当于多点接入。因为刚开始司机直视前方是看不到路上有没有车的，这就相当于载波监听，只不过司机眼镜不太好使，没监听到，而对面已经有车了。车一旦发出不能停止，就像数据报一样，发出之后就必须一直往前走了。所以会相撞，然后司机会发出求救信号，即碰撞检测。

❓ 那么发生碰撞之后呢？

除了交通事故当然是立即停车了⛔，而且要停到路边上，免得影响别人行驶，浪费道路资源。所以每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送 。

下面是碰撞的实际模拟：

A需要单程传播时延的 2 倍的时间，才能检测到与 B 的发送产生了冲突。

在局域网的分析中，常把总线上的单程端到端传播时延记为

τ

τ

τ。

下面是图中的一些重要的时刻：

在

t

＝

0

t＝0

t＝0 时，A 发送数据。B 检测到信道为空闲。 在

t

＝

τ

−

δ

t＝τ−δ

t＝τ−δ 时（这里

τ

>

δ

>

0

τ>δ>0

τ>δ>0 ），A 发送的数据还没有到达 B 时，由于 B 检测到信道是空闲的，因此 B 发送数据。 经过时间

δ

/

2

δ/2

δ/2 后，即在

t

＝

τ

−

δ

/

2

t＝τ−δ/2

t＝τ−δ/2 时，A 发送的数据和 B 发送的数据发生了碰撞。但这时 A 和 B 都不知道发生了碰撞。 在

t

＝

τ

t＝τ

t＝τ 时，B 检测到发生了碰撞，于是停止发送数据。 在

t

＝

2

τ

−

δ

t＝2τ−δ

t＝2τ−δ 时，A 也检测到发生了碰撞，因而也停止发送数据。 A 和 B 发送数据均失败，它们都要推迟一段时间再重新发送。

最先发送数据帧的 A 站，在发送数据帧后至多经过时间

2

τ

2τ

2τ 就可知道所发送的数据帧是否遭受了碰撞。这就是

δ

→

0

δ→0

δ→0 的情况。因此以太网的端到端往返时间

2

τ

2τ

2τ 称为争用期（contention period），它是一个很重要的参数。争用期又称为碰撞窗口（collision window）。这是因为一个站在发送完数据后，只有通过争用期的考验，即经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。这时，就可以放心把这一帧数据顺利发送完毕 。

就好像一辆火车 一样，如果火车头没有和对面来的火车相撞的话，那么无论这个火车有多长他都能安全的通过，因为对面会不断的进行信道检测，检测到有火车他是不会发车的。

下面介绍一个重要的算法.

三、二进制指数类型退避算法

❓ 还记得我们之前介绍说，发生了碰撞之后要等一会再发送吗？

那么到底要等多长时间呢？现在来解释一下。

✅ 这里使用了，二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)。

不要被名字吓住了，其实很简单的。

1️⃣ 基本退避时间取为争用期

2

τ

2τ

2τ。2️⃣ 从整数集合

[

0

,

1

,

…

,

(

2

k

−

1

)

]

[0, 1, … , (2^k-1)]

[0,1,…,(2k−1)] 中随机地取出一个数，记为

r

r

r。重传所需的时延就是

r

r

r 倍的基本退避时间。3️⃣ 参数

k

k

k 按下面的公式计算：

k

=

M

i

n

[

重

传

次

数

,

10

]

k=Min[重传次数, 10]

k=Min[重传次数,10]4️⃣ 当

k

<

10

k<10

k<10 时，参数

k

k

k 等于重传次数。5️⃣ 当重传达

16

16

16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

争用期的长度

10

M

b

i

t

/

s

10 Mbit/s

10Mbit/s 以太网取

51.2

μ

s

51.2 \mu s

51.2μs 为争用期的长度。对于

10

M

b

i

t

/

s

10 Mbit/s

10Mbit/s 以太网，在争用期内可发送

512

b

i

t

512 bit

512bit，即

64

64

64 字节。

这意味着：以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。

由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。

以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，所以凡是长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

四、总结

总结一下

C

S

M

A

/

C

D

CSMA/CD

CSMA/CD 协议的要点：

1️⃣ 准备发送。但在发送之前，必须先检测信道。2️⃣ 检测信道。若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道空闲，并在

96

96

96 比特时间内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。3️⃣ 检查碰撞。在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。这里只有两种可能性：

✅ 发送成功：在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧肯定能够发送成功。发送完毕后，其他什么也不做。然后回到 1️⃣。❎ 发送失败：在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法，等待

r

r

r 倍

512

512

512 比特时间后，返回到步骤 2️⃣，继续检测信道。但若重传达

16

16

16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错。

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还不懂什么是 CSMA/CD 协议 ? 看这篇文章就够了

如果你现在还不懂到底什么是CSMA/CD 协议,那看这篇文章就对了，本文通过文字和图片的形式讲述与CSMA/CD 协议相关的内容，让您耳目一新，体会CSMA/CD 协议的神奇之处，如果您之前学过相关内容，那么用此篇文章作为复习材料也是不错的选择。

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专栏目录

java CSMA/CD 协议模拟

04-02

java CSMA/CD 协议模拟。

模拟计算机网络中的csma/cd协议，采用的是java语言。

java cama/cd

CSMA_CD.rar_CSMA/CD_CSMA/CD 协议_CSMA_CD_csma_csma cd

09-24

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csma_cd.zip_CSMA/CD_csma_csma cd_csma/cd协议的matlab仿真_退避

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CSMA.rar_CSMA/CD_CSMA/CD 协议_csma_linux 模拟CSMA

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多址接入MA

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载波监听CS

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这种协议已广泛应用于局域网中，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法。它处于一种总线型局域网结构，其物理拓扑结构正逐步向星型发展。

一、背景

最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。

总线的特点

当一台计...

CSMA/CD协议原理及作用

weixin_42610010的博客

02-11

1203

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 协议是一种通信协议，它用于在以太网网络中解决多端口同时发送数据的冲突问题。

原理：

Carrier Sense：在发送数据之前，节点会检测以太网信道是否空闲。如果信道被占用，节点就会等待。

Multiple Access：多个节点可以同时在以太网上发送数据。

Coll...

CSMA/CD协议工作方式是什么？为什么？

05-13

CSMA/CD协议是在以太网中使用的一种媒体访问控制方法。其工作方式如下：

1. 站点监听：当一个站点需要发送数据时，它首先要监听信道，以确保没有其他站点正在发送数据。

2. 冲突检测：如果多个站点同时开始发送数据，就会发生冲突。在这种情况下，每个站点都会检测到冲突，并立即停止发送数据。

3. 退避算法：当一个站点检测到冲突时，它会随机选择一个时间间隔，等待一段时间后再次尝试发送数据。如果仍然检测到冲突，就会再次退避并等待更长的时间，这个时间间隔会越来越长，直到发送成功为止。

CSMA/CD协议的工作原理是基于共享媒体的一种竞争访问方式。每个站点都有机会发送数据，但是在同时发送数据的情况下会发生冲突。通过退避算法，每个站点会随机等待一段时间后再次尝试发送数据，这样可以减少冲突的发生概率。

CSMA/CD协议在以太网中得到了广泛的应用，但是随着网络规模的不断扩大，冲突的发生可能会越来越频繁，影响网络性能。因此，现代的以太网通常采用了更先进的媒体访问控制方法，如CSMA/CA、TDMA和CDMA等。

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以太网中的CSMA/CD协议及二进制指数退避算法详解

马谦马谦马谦

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2017年10月27日22:45:23TCP/IP评论4,6802字数 1284阅读4分16秒阅读模式

一、概述

CSMA/CD 是一种基于竞争的MAC 协议，用于协调共享以太网中多个站点数据发送。

主要分为三个要点：载波监听 、多点接入 以及冲突检测，应用在物理链路层。

1.1 载波监听

载波监听 是指每个连接在以太网上的站点在发送数据之前，都要先检测总线上是否有数据在传输。如果有，则暂时不发送数据，避免 数据冲突；如果没有，则发送数据。

1.2 多点接入

多点接入表示多个计算机站点以多点接入的方式连接到同一根总线上。

1.3 冲突检测

冲突检测 的意思是在某一空闲时刻，可能有多个站点同时发送数据导致数据冲突，此时站点应该检测是否有数据冲突，如果有数据冲突，应立即停止数据发送。

二、争用期

电信号在介质上传输的速率是有限的，传输也会产生时延，在一条一千米的电缆上传播时延约为5μs 。

由于以太网的限制，站点之间最长允许2.5km 的连接（4个中继站点连接5根500米电缆），站点间来回一共5km 需要25μs 延时。

假设A、B两个站点之间的距离刚好为2500m ，数据的传输时间为τ ，A向B发送一个帧，B要经过时间τ 后才能收到A的数据。这段时间内，B可以认为线路是空闲的，如果这个时间段向A发送一个帧，两个帧在线路中途相遇就会发生冲突。

为了解决这种冲突，CSMA/CD首先采用了载波监听的策略，监听到空闲就发送数据，载波监听 的作用是确保发送的时候线路是空闲的。数据发送后，站点还要监听，监听数据发送中途是否有冲突产生，如果听到冲突发生，站点应立即停止发送数据，等待一定的时间后再发送，而由于时延的存在，冲突是不可避免的。一个数据冲突的模型为：

图中，A向B发送数据，传播时间为τ，在A发送后的t(t<τ)时间，B站也发送数据，此时中途数据就会发生碰撞。由图可以得知，A站点要检测到冲突，最多需要2τ时间。即当δ为0的时候，也就是在A的数据到达B的前一刻B站也发送数据的时候。如果A发送数据后经过2τ时间还没有收到碰撞信号的话，就说明数据没有产生碰撞，A数据发送成功。

正常情况下，站点检测到冲突后，除了立即停止正常发送以外，还要发送若干比特的人为干扰信号强化冲突，使得所有的站点都能收到冲突信号。

这个2τ的时间称为争用期，或者是碰撞窗口，在这段时间内如果没有检测到碰撞，那么本次发送就不会产生冲突了。

以太网把争用期设置为51.2μs，这个时间的得来没有找到合适的答案，一个比较有说服力的说法是：端到端5000m时延需要25μs，来回需要经过8个中继站，信号在中继站中转的途中也会消耗时间，总共约为20μs，再加上发送强化冲突数据的时间一共51.2μs。

三、二进制指数退避算法

在数据发生冲突后，站点需要立即停止数据的发送，并等待一定的时间后再次发送，这个时间由二进制指数退避算法得来。

二进制指数退避算法的具体表现为：

把争用期2τ作为基本退避时间

从整数集合{0, 1, ..., (2^k) - 1}中抓取一个整数，记为r ，推迟发送的时间为r*2τ，其中k的取值规则为：当重传次数不超过十次时，k等于重传次数，超过10次时，k不再增大，一直等于10。

当重发次数到达16次还不能成功时，抛弃当前数据包，向上层应用报告。

 

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 最后更新：2017-11-18

本文由 马谦马谦马谦 发表于 2017年10月27日22:45:23

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CSMA/CD协议（一目了然，看过都说好）

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本文参考 计算机网络微课堂

 

1. CSMA/CD协议介绍

当多个主机同时发送数据时，如何解决碰撞冲突问题呢？ 早期的共享式以太网采用 载波监听多址接入/碰撞检测 ，即CSMA/CD协议 来解决碰撞冲突问题

多址接入MA

多个站连接在一条总线上，竞争使用总线

载波监听CS

每一个站在发送帧之前先要检测一下总线上是否有其他站点在发送帧（先听后说）：

若检测到总线空闲 96 比特时间，则发送这个帧若检测到总线忙，则继续检测并等待总线转为空闲 96 比特时间，然后发送这个帧 96 比特时间 是指发送 96 比特所耗费的时间，也称为 帧间最小间隔。其作用是使接收方可以检测出一个帧的结束，同时也使得其他站点有机会平等竞争信道并发送帧

碰撞检测CD

每一个正在发送帧的站边发送边检测碰撞（边听边说）：

一旦发现总线上出现碰撞，则立即停止发送，退避一段随机时间后再次发送  

2. 基本原理

CSMA/CD的基本原理是：所有节点都共享网络传输信道，节点在发送数据之前，首先检测信道是否空闲，如果信道空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，再对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。

假设在主机 B 发送帧的过程中，主机 C 也要发送帧。主机 C 进行载波监听，发现总线空闲 96 比特后立即发送帧，这必然导致碰撞 碰撞信号沿总线传播，主机 C 比主机 B 更早检测到碰撞并停止发送，退避一段随机时间后，重新发送之前所发送的帧 当主线 B 检测到碰撞后，同样也停止发送退避一段随机时间，重新发送之前所发送的帧

以太网还采用了一种 强化碰撞 的措施，这就是当发送帧的站点一旦检测到碰撞，除了立即停止发送帧外，还要继续 发送 32 比特或 48 比特的人为干扰信号（Jamming Signal），以便有足够多的碰撞信号使所有站点都能检测出碰撞。  

3. 争用期（碰撞窗口）

经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞每一个主机在自己发送帧之后的一小段时间内，存在着偶遇碰撞的可能性。这一小段时间取决于另一个发送帧的主机到本主机的距离，但不会超过总线端到端的往返传播时延，也就是一个争用期时间显然，在以太网中发送帧的主机越多，端到端往返传播时延越大，发生碰撞的概率就越大。因此，共享式以太网不能连接太多的主机，使用的总线也不能太长  

4. 最小帧长

以太网规定最小帧长为 64 字节，即 512 比特（512 比特时间即为争用期）

如果要发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不少于 64 字节 以太网的 最小帧长确保了主机可在帧发送完成之前就检测到该帧的发送过程中是否遭遇了碰撞

如果在争用期（共发送 64 字节）没有检测到碰撞，那么后续发送的数据就一定不会发生碰撞如果在争用期内检测到碰撞，就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。因此，凡长度小于 64 字节的帧都是由于碰撞而异常中止的无效帧  

5. 最大帧长

示例  

6. 截断二进制指数退避算法

若连续多次发生碰撞，就表明可能有较多的主机参与竞争信道。但使用上述退避算法可 使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（这也称为 动态退避），因而 减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定当 重传 16 次仍不能成功 时，表明同时打算发送帧的主机太多，以至于发生碰撞，则 丢弃该帧，并向高层报告

 

7. 信道利用率

8. 帧发送流程

 

9. 帧接收流程

 

附加： 相关练习题

注意： CSMA/CD协议曾经用于各种总线结构以太网和双绞线以太网的早期版本中。 现在的以太网基于交换机和全双工连接，不会有碰撞，因此没有必要使用CSMA/CD协议。  

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CSMA/CD协议（一目了然，看过都说好）

本文参考 计算机网络微课堂 1. CSMA/CD协议介绍当多个主机同时发送数据时，如何解决碰撞冲突问题呢？早期的共享式以太网采用 载波监听多址接入/碰撞检测 ，即CSMA/CD协议 来解决碰撞冲突问题多址接入MA多个站连接在一条总线上，竞争使用总线载波监听CS每一个站在发送帧之前先要检测一下总线上是否有其他站点在发送帧（先听后说）：若检测到总线空闲 96 比特时间，则发送这个帧若检测到总线忙，则继续检测并等待总线转为空闲 96 比特时间，然后发送这个帧.

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以太网CSMD/CD协议仿真

12-21

按照CSMA/CD算法模拟以太网同一网段（同一冲突域）中多台主机共享总线的实现过程。

（1） 用线程模拟Ethernet上的主机；

（2） 线程向总线发送数据．数据中包含该线程的线程号;

（3） 发送的流程须遵循ＣＳＭＡ／ＣＤ;

（4） 线程的工作状态、竞争状态以图体现;

（5） 线程数（主机数）可在模拟启动前或运行过程中动态配置，对网络的效率进行计算或以图的方式展示。

CSMA/CD算法过程模拟——数组模拟信道（C/C++）

01-15

——代码完成于2021-11-12

整体思路：

用两个数组分别模拟 A->B 和B->A间通讯的信道。A、B两主机各自拥有独立线程。线程move用来模拟信道中信号的移动。线程show用于打印信道。其中线程move和show detach()后作为子线程在后台独立运行。

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CSMA/CD 协议的模拟实现

11-15

用多线程模拟CSMA/CD 协议的实现，大家在进行输出问题时把cout改为printf即可

【计算机网络中的CSMA/CD协议详解】

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12-25

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CSMA/CD协议是一种多路访问协议，用于以太网（Ethernet）局域网中。它的主要目的是确保多个计算机可以共享同一物理介质（例如，同一网络电缆）进行数据通信，而不会发生碰撞，从而导致数据包损坏。

CSMA/CD与CSMA/CA的区别

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奔狼

12-12

3万+

CSMA/CD英文Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，意思是载波侦听多路访问／冲突检测。

采用该协议要求设备在发送帧的同时要对信道进行侦听，以确定是否会发生信道冲突，若在发送数据过程中检测到冲突，则需要进行冲突处理。整个协议的处理规程如下：

1 监听当前信道上是否有数据再发送，如果信道空闲，直接发送数据，如果信道忙，则按照

CSMA/CD协议

weixin_42237702的博客

10-08

6514

CSMA/CD1.CSMA/CD协议概念和由来2. CSMA/CD的工作流程3. 争用期(碰撞窗口)4. 截断二进制指数退避算法5. 为什么以太网有一个最小和最大帧长度

1.CSMA/CD协议概念和由来

CSMA/CD：带碰撞检测的载波侦听多路访问协议，它是在局域网中用的最多的介质访问控制协议，即MAC协议。该协议解决了如何在共享信道上提高结点发送数据的效率问题。

为什么会有这个协议呢？

因为在早...

什么是CSMA/CD

qq_42165939的博客

03-02

1万+

英文全称：Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection

载波侦听多路访问/冲突检测协议(CSMA/CD)

这种协议已广泛应用于局域网中，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法。它处于一种总线型局域网结构，其物理拓扑结构正逐步向星型发展。

一、背景

最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。

总线的特点

当一台计...

CSMA/CD 协议 详解

九久的博客

11-10

1万+

数据链路层的三个基本问题：封装成帧、差错检错、透明传输，不管是PPP协议还是CSMA/CD协议，只要是数据链路层上的协议都要解决这三个基本问题。

一、名字由来

CSMA/CD协议，其英文全称是：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 翻译成中文是：载波监听，多点接入，碰撞检测。

既然该协议工作在数据链路层的广播信道，那就和...

CSMA/CD

qq_42342531的博客

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CSMA/CD

CSMA/CD的概念

根据以太网的最初设计目标，计算机和其他数字设备是通过一条共享的物理线路连接起来的。这样被连接的计算机和数字设备必须采用一种半双工的方式来访问该物理线路，而且还必须有一种冲突检测和避免的机制，以避免多个设备在同一时刻抢占线路的情况，这种机制就是所谓的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）。

可以从以下三点来理解CSMA/CD：

CS：载波侦听

在发送数据之前进行侦听

CSMA/CD 简要介绍

noname 博客

03-21

2万+

参考

《计算机网络-第7版》

《计算机网络-自顶向下》

一、名字

CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

载波监听多点接入/碰撞检测

载波监听：检测信道。在发送数据前，发送数据中，每个站都要不断检测信道

多点接入：因为是总线型的网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上

碰撞检测：边发送边监听

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csma/ca和csma/cd的matlab仿真源代码带有详细的注释，载波侦听，随意设置节点数，带有炫酷的图形展示效果。

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　　1 MCl3213芯片及通信小系统

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java CSMA/CD 协议模拟

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java CSMA/CD 协议模拟。

模拟计算机网络中的csma/cd协议，采用的是java语言。

java cama/cd

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07-15

有争用期时csma/cd的仿真，显示动态退避过程

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09-19

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CSMA_CD.rar_CSMA/CD_CSMA/CD 协议_CSMA_CD_csma_csma cd

09-24

CSMA_CD, 以态网传送的简单协议.

简述csma/cd协议

06-11

CSMA/CD是一种网络传输协议，全称为Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，即带冲突检测的载波侦听多路访问协议。

CSMA/CD协议用于控制多个设备共享同一物理传输媒介的访问方式，如以太网。在传输数据之前，设备会先侦听传输媒介是否被其他设备占用，如果没有被占用，设备就可以开始传输数据。如果同时有多个设备开始传输数据，就会发生冲突，此时设备会停止传输并等待一段随机时间后重新尝试传输，以避免冲突再次发生。当设备在传输数据时，如果发现传输媒介被其他设备占用，就会立即停止传输以避免冲突。

CSMA/CD协议的主要优点是能够有效地控制多个设备对传输媒介的访问，避免冲突，并且具有良好的可扩展性和适应性。但是，随着网络规模的增大，CSMA/CD协议的效率会逐渐降低，因为冲突的概率会增加。因此，现代网络通常采用更高效的协议，如以太网的CSMA/CA协议。

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CSMA/CD 详解 搬运

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。

　　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：

 

　　一、基础篇：

　　CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。主要应用于现场总线Ethernet中。另一个改进是，对于每一个站而言，一旦它检测到有冲突，它就放弃它当前的传送任务。换句话说，如果两个站都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧，因为这样只会产生垃圾而已；相反一旦检测到冲突之后，它们应该立即停止传送数据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。

　　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。

　　CSMA/CD应用在OSI的第二层数据链路层

　　它的工作原理是:发送数据前先侦听信道是否空闲,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。

　　其原理简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发

　　CSMA/CD采用IEEE802.3标准。

　　它的主要目的是：提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。

　　有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会，参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有等会场安静下来后，他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作成为"载波侦听"；将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”；如果有两人或两人以上同时说话，大家就无法听清其中任何一人的发言，这种情况称为发生“冲突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突，这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生，这时他需要停止讲话，然后随机后退延迟，再次重复上述过程，直至讲话成功。如果失败次数太多，他也许就放弃这次发言的想法。

　　编辑本段

　　二、进阶篇：

　　CSMA/CD控制规程：

　　控制规程的核心问题：解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题（主要是数据碰撞问题）

　　控制过程包含四个处理内容：侦听、发送、检测、冲突处理

　　（1）侦听：

　　通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送（线路是否忙）？

　　若“忙”则进入后述的“退避”处理程序，进而进一步反复进行侦听工作。

　　若“闲”，则一定算法原则（“X坚持”算法）决定如何发送。

　　CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。主要应用于现场总线Ethernet中。另一个改进是，对于每一个站而言，一旦它检测到有冲突，它就放弃它当前的传送任务。换句话说，如果两个站都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧，因为这样只会产生垃圾而已；相反一旦检测到冲突之后，它们应该立即停止传送数据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。

　　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。

　　CSMA/CD应用在OSI的第二层数据链路层

　　它的工作原理是:发送数据前先侦听信道是否空闲,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。

　　其原理简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发

　　CSMA/CD采用IEEE802.3标准。

　　它的主要目的是：提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。

　　有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会，参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有等会场安静下来后，他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"；将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”；如果有两人或两人以上同时说话，大家就无法听清其中任何一人的发言，这种情况称为发生“冲突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突，这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生，这时他需要停止讲话，然后随机后退延迟，再次重复上述过程，直至讲话成功。如果失败次数太多，他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。

　　（2）发送：

　　当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。

　　（3）检测：

　　数据发送后，也可能发生数据碰撞。因此，要对数据边发送，边检测，以判断是否冲突了。

　　（4）冲突处理：

　　当确认发生冲突后，进入冲突处理程序。有两种冲突情况：

　　①侦听中发现线路忙

　　②发送过程中发现数据碰撞

　　①若在侦听中发现线路忙，则等待一个延时后再次侦听，若仍然忙，则继续延迟等待，一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致，由退避算法确定延时值。

　　②若发送过程中发现数据碰撞，先发送阻塞信息，强化冲突，再进行侦听工作，以待下次重新发送（方法同①）CSMA/CD工作原理及性能分析（指标与影响因素）CSMA/CD是carriersensemultipleAccess/collisiondetected的缩写，可译为“载波侦听多路访问/冲突检测”，或“带有冲突检测的载波侦听多路访问”。所谓载波侦听（carriersense），意思是网络上各个工作站在发送数据前都要侦听总线上有没有数据传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。所谓多路访问（multipleaccess)意思是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的。所谓冲突（collision），意思是，若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，两个工作站都同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，两个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称数据冲突又称碰撞。为了减少冲突发生后又的影响。工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据，有没有在传输过程中与其它工作站的数据发生冲突，这就是冲突检测（collisiondetected）。

　　CSMA/CD媒体访问控制方法的工作原理，可以概括如下：

　　先听后说，边听边说；

　　一旦冲突，立即停说；

　　等待时机，然后再说；

　　注：“听”，即监听、检测之意；“说”，即发送数据之意。

　　上面几句话意思是在发送数据前，先监听总线是否空闲。若总线忙，则不发送。若总线空闲，则把准备好的数据发送到总线上。在发送数据的过程中，工作站边发送边检测总线，是否自己发送的数据有冲突。若无冲突则继续发送直到发完全部数据；若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突的JAM信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。

　　性能指标：信道利用率、吞吐量、介质利用率

　　CSMACD的主要影响因素：传播时延、工作站数。

　　①CSMA/CD对站点个数不是很敏感，对实际的输入负载比较敏感。

　　②CSMA/CD对传播时延a比较敏感。

　　③CSMA/CD冲突不可避免。

　　④CSMA/CD的介质利用率随a的上升下降较快。

　　⑤CSMA/CD适合通信量不大，交互频繁的场合

　　⑥对于CSMA/CD帧越长，吞吐量越太，要求帧具有最小长度，当有许多短消息时，带宽浪费严重。

　　⑦CSMA/CD在轻负载时提供最短延迟，但对重负载敏感。

　　主要参数：

　　时间片512比特时间

　　帧间间隔9．6微秒

　　尝试极限16

　　退避极限10

　　人为干扰长32比特

　　最大帧长1518字节

　　最小帧长64字节

　　地址字段长48比特

　　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：

　　三种算法及特点：

　　-非坚持的CSMA：线路忙，等待一段时间，再侦听；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）控制流程图（右上角图）：

　　（6）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

　　编辑本段

　　三、应用篇

　　CSMA/CD曾经用于各种总线结构以太网（bustopologyEthernet）和双绞线以太网(twisted-pairEthernet)的早期版本中。现代以太网基于交换机和全双工连接建立，不会有碰撞，因此没有必要使用CSMA/CD。

　　CSMA/CD网络上进行传输时，必须按下列五个步骤来进行

　　（1）传输前侦听

　　（2）如果忙则等待

　　（3）传输并检测冲突

　　（4）如果冲突发生，重传前等待

　　（5）重传或夭折

 

　　-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）控制流程图（右上角图）：（6）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/n④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。

————————————————版权声明：本文为CSDN博主「zyj66666」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。原文链接：https://blog.csdn.net/zyj66666/article/details/73732217

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2021-05-11 13:40 

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2020-05-24

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本文首先介绍以太网的特点，然后介绍 CSMA/CD 协议。 文章目录 一、以太网的特点 广播的方式 两个重要措施 二、CSMA/CD 协议 三、二进制指数类型退避算法 四、总结 一、以太网的特点 最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。 ‍ 就像下图一样： 广播的方式 我们首先要明确，以太网采用广播方式发送 数据： 1️⃣ 总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。 2️⃣ 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。 3️⃣ 在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 由此我们可以看到，以太网上面实现的是广播的一对一通信。 两个重要措施 不仅如此，以太网为了通信的方便，采取了两种重要措施： 1️⃣ 采用较为灵活的无连接的工作方式 2️⃣ 以太网发送的数据都使用 曼彻斯特 (Manchester) 编码 下面我们分别来解释一下这两点体现在哪里。 1、采用无连接的工作方式 ： 不必先建立连接就可以直接发送数据。 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。 ❓ 你可能会有疑问，什么都不做那数据直接被丢弃了岂不是不完整了。 其实并不是真的什么也不做，只是当出现问题的时候他会向高层汇报，说：喂你好！你给我的外卖被我丢了，请再发一份给我。 于是高层就是重新发一份完整的 帧 给以太网 。 2、以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码 至于曼切斯特编码，您可以点击这里 曼切斯特编码 了解相关内容。 这里给出一张图片，带你快速回顾 ： 曼彻斯特编码缺点是：它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。从图中也可以看出，原来的的 1 的位置对应了两个电波信号。 二、CSMA/CD 协议 首先说一下这些字母啥意思： CSMA/CD 含义：载波监听多点接入 / 碰撞检测 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 。 下面逐字解析： 1️⃣ 载波监听：是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 2️⃣ 多点接入：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 3️⃣ 碰撞检测：就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 概念不好理解，我们举个例子。 有一屋子的人在开讨论会，没有会议主持人控制发言。 想发言的随时可发言，不需要举手示意。 但我们还必须有个协议来协调大家的发言。 这就是：如果你听见有人在发言，那么你就必须等别人讲完了才能发言（否则就干扰了别人的发言）。但有时碰巧两个或更多的人同时发言了，那么一旦发现冲突，大家都必须立即停止发言，等听到没有人发言了你再发言。 这就是 CSMA/CD 协议 的作用，协调各位的发言别冲突了。 版权声明：本文为CSDN博主「今天吃香菇酱」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43941364/article/details/105639195 防 spider 用,读者忽略。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。 我觉得还是不好理解，不行，再举一个例子！ 两辆车，相对而行，有约束如下： 1️⃣ 路面是圆的 2️⃣ 车一旦发出不能停止 3️⃣ 司机只能直视前方 相信大家已经才到结果了，这铁定会相撞！ 路上可以有很多车，相当于多点接入。 因为刚开始司机直视前方是看不到路上有没有车的，这就相当于载波监听，只不过司机眼镜不太好使，没监听到，而对面已经有车了。 车一旦发出不能停止，就像数据报一样，发出之后就必须一直往前走了。 所以会相撞，然后司机会发出求救信号，即碰撞检测。 ❓ 那么发生碰撞之后呢？ 除了交通事故当然是立即停车了⛔，而且要停到路边上，免得影响别人行驶，浪费道路资源。 所以每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送 。 下面是碰撞的实际模拟： A需要单程传播时延的 2 倍的时间，才能检测到与 B 的发送产生了冲突。 在局域网的分析中，常把总线上的单程端到端传播时延记为 τ τ τ。 下面是图中的一些重要的时刻： 在 t ＝ 0 t＝0 t＝0 时，A 发送数据。B 检测到信道为空闲。 在 t ＝ τ − δ t＝τ−δ t＝τ−δ 时（这里 τ > δ > 0 τ>δ>0 τ>δ>0 ），A 发送的数据还没有到达 B 时，由于 B 检测到信道是空闲的，因此 B 发送数据。 经过时间 δ / 2 δ/2 δ/2 后，即在 t ＝ τ − δ / 2 t＝τ−δ/2 t＝τ−δ/2 时，A 发送的数据和 B 发送的数据发生了碰撞。但这时 A 和 B 都不知道发生了碰撞。 在 t ＝ τ t＝τ t＝τ 时，B 检测到发生了碰撞，于是停止发送数据。 在 t ＝ 2 τ − δ t＝2τ−δ t＝2τ−δ 时，A 也检测到发生了碰撞，因而也停止发送数据。 A 和 B 发送数据均失败，它们都要推迟一段时间再重新发送。 最先发送数据帧的 A 站，在发送数据帧后至多经过时间 2 τ 2τ 2τ 就可知道所发送的数据帧是否遭受了碰撞。这就是 δ → 0 δ→0 δ→0 的情况。因此以太网的端到端往返时间 2 τ 2τ 2τ 称为争用期（contention period），它是一个很重要的参数。争用期又称为碰撞窗口（collision window）。这是因为一个站在发送完数据后，只有通过争用期的考验，即经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。这时，就可以放心把这一帧数据顺利发送完毕 。 就好像一辆火车 一样，如果火车头没有和对面来的火车相撞的话，那么无论这个火车有多长他都能安全的通过，因为对面会不断的进行信道检测，检测到有火车他是不会发车的。 下面介绍一个重要的算法. 三、二进制指数类型退避算法 ❓ 还记得我们之前介绍说，发生了碰撞之后要等一会再发送吗？ 那么到底要等多长时间呢？现在来解释一下。 ✅ 这里使用了，二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)。 不要被名字吓住了，其实很简单的。 1️⃣ 基本退避时间取为争用期 2 τ 2τ 2τ。 2️⃣ 从整数集合 [ 0 , 1 , … , ( 2 k − 1 ) ] [0, 1, … , (2^k-1)] [0,1,…,(2k−1)] 中随机地取出一个数，记为 r r r。重传所需的时延就是 r r r 倍的基本退避时间。 3️⃣ 参数 k k k 按下面的公式计算： k = M i n [ 重 传 次 数 , 10 ] k=Min[重传次数, 10] k=Min[重传次数,10] 4️⃣ 当 k < 10 k<10 k<10 时，参数 k k k 等于重传次数。 5️⃣ 当重传达 16 16 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。 争用期的长度 10 M b i t / s 10 Mbit/s 10Mbit/s 以太网取 51.2 μ s 51.2 \mu s 51.2μs 为争用期的长度。 对于 10 M b i t / s 10 Mbit/s 10Mbit/s 以太网，在争用期内可发送 512 b i t 512 bit 512bit，即 64 64 64 字节。 这意味着：以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，所以凡是长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。 四、总结 总结一下 C S M A / C D CSMA/CD CSMA/CD 协议的要点： 1️⃣ 准备发送。但在发送之前，必须先检测信道。 2️⃣ 检测信道。若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道空闲，并在 96 96 96 比特时间内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。 3️⃣ 检查碰撞。在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。这里只有两种可能性： ✅ 发送成功：在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧肯定能够发送成功。发送完毕后，其他什么也不做。然后回到 1️⃣。 ❎ 发送失败：在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法，等待 r r r 倍 512 512 512 比特时间后，返回到步骤 2️⃣，继续检测信道。但若重传达 16 16 16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错。

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CSMA/CD:基礎篇,進階篇,控制規程,幾個概念,算法特點,套用篇,_中文百科全書

CSMA/CD:基礎篇,進階篇,控制規程,幾個概念,算法特點,套用篇,_中文百科全書

CSMA/CD

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）即帶衝突檢測的載波監聽多路訪問技術(載波監聽多點接入/碰撞檢測)。在傳統的共享乙太網中，所有的節點共享傳輸介質。如何保證傳輸介質有序、高效地為許多節點提供傳輸服務，就是乙太網的介質訪問控制協定要解決的問題。

基本介紹

中文名：CSMA/CD外文名：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection定義：載波監聽多路訪問技術開發單位：美國夏威夷大學

基礎篇,進階篇,控制規程,幾個概念,算法特點,套用篇,

基礎篇CSMA/CD是一種爭用型的介質訪問控制協定。它起源於美國夏威夷大學開發的ALOHA網所採用的爭用型協定，並進行了改進，使之具有比ALOHA協定更高的介質利用率。主要套用於現場匯流排Ethernet中。另一個改進是，對於每一個站而言，一旦它檢測到有衝突，它就放棄它當前的傳送任務。換句話說，如果兩個站都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。它們不應該再繼續傳送它們的幀，因為這樣只會產生垃圾而已；相反一旦檢測到衝突之後，它們應該立即停止傳送數據。快速地終止被損壞的幀可以節省時間和頻寬。CSMA/CD控制方式的優點是：原理比較簡單，技術上易實現，網路中各工作站處於平等地位 ，不需集中控制，不提供優先權控制。但在網路負載增大時，傳送時間增長，傳送效率急劇下降。CSMA/CD套用在 OSI 的第二層數據鏈路層它的工作原理是: 傳送數據前 先偵聽信道是否空閒 ,若空閒，則立即傳送數據。若信道忙碌，則等待一段時間至信道中的信息傳輸結束後再傳送數據；若在上一段信息傳送結束後，同時有兩個或兩個以上的節點都提出傳送請求，則判定為衝突。若偵聽到衝突,則立即停止傳送數據，等待一段隨機時間,再重新嘗試。其原理簡單總結為：先聽後發，邊發邊聽，衝突停發，隨機延遲後重發CSMA/CD採用IEEE 802.3標準。它的主要目的是：提供定址和媒體存取的控制方式，使得不同設備或網路上的節點可以在多點的網路上通信而不相互衝突。有人將CSMA/CD的工作過程形象的比喻成很多人在一間黑屋子中舉行討論會，參加會議的人都是只能聽到其他人的聲音。每個人在說話前必須先傾聽，只有等會場安靜下來後，他才能夠發言。人們將發言前監聽以確定是否已有人在發言的動作稱為"載波監聽"；將在會場安靜的情況下每人都有平等機會講話成為“多路訪問”；如果有兩人或兩人以上同時說話，大家就無法聽清其中任何一人的發言，這種情況稱為發生“衝突”。發言人在發言過程中要及時發現是否發生衝突，這個動作稱為“衝突檢測”。如果發言人發現衝突已經發生，這時他需要停止講話，然後隨機後退延遲，再次重複上述過程，直至講話成功。如果失敗次數太多，他也許就放棄這次發言的想法。通常嘗試16次後放棄。進階篇控制規程控制規程的核心問題：解決在公共通道上以廣播方式傳送數據中可能出現的問題（主要是數據碰撞問題）控制過程包含四個處理內容：監聽、傳送、檢測、衝突處理（1） 監聽：通過專門的檢測機構，在站點準備傳送前先偵聽一下匯流排上是否有數據正在傳送（線路是否忙）？若“忙”則進入後述的“退避”處理程式，進而進一步反覆進行偵聽工作。若“閒”，則一定算法原則（“X堅持”算法）決定如何傳送。（2） 傳送：當確定要傳送後，通過傳送機構，向匯流排傳送數據。（3） 檢測：數據傳送後，也可能發生數據碰撞。因而，要對數據邊傳送，邊檢測，以判斷是否衝突了。（4）衝突處理：當確認發生衝突後，進入衝突處理程式。有兩種衝突情況：① 偵聽中發現線路忙② 傳送過程中發現數據碰撞① 若在偵聽中發現線路忙，則等待一個延時後再次偵聽，若仍然忙，則繼續延遲等待，一直到可以傳送為止。每次延時的時間不一致，由退避算法確定延時值。② 若傳送過程中發現數據碰撞，先傳送阻塞信息，強化衝突，再進行監聽工作，以待下次重新傳送（方法同①）CSMA/CD工作原理及性能分析（指標與影響因素）CSMA/CD是Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 的縮寫，可譯為“載波偵聽多路訪問/衝突檢測”，或“帶有衝突檢測的載波偵聽多路訪問”。所謂載波偵聽（carrier sense），意思是網路上各個工作站在傳送數據前都要偵聽匯流排上有沒有數據傳輸。若有數據傳輸 （稱匯流排為忙），則不傳送數據；若無數據傳輸（稱匯流排為空），立即傳送準備好的數據。所謂多路訪問（multiple access)意思是網路上所有工作站收發數據共同使用同一條匯流排，且傳送數據是廣播式的。所謂衝突（collision），意思是，若網上有兩個或兩個以上工作站同時傳送數據，在匯流排上就會產生信號的混合，兩個工作站都同時傳送數據，在匯流排上就會產生信號的混合，兩個工作站都辨別不出真正的數據是什麼。這種情況稱數據衝突又稱碰撞。為了減少衝突發生後的影響。工作站在傳送數據過程中還要不停地檢測自己傳送的數據，有沒有在傳輸過程中與其它工作站的數據發生衝突，這就是衝突檢測（collision detected）。CSMA/CD媒體訪問控制方法的工作原理，可以概括如下：先聽後說，邊聽邊說；一旦衝突，立即停說；等待時機，然後再說；註：“聽”，即監聽、檢測之意；“說”，即傳送數據之意。上面幾句話意思是在傳送數據前，先監聽匯流排是否空閒。若匯流排忙，則不傳送。若匯流排空閒，則把準備好的數據傳送到匯流排上。在傳送數據的過程中，工作站邊傳送邊檢測匯流排，是否自己傳送的數據有衝突。若無衝突則繼續傳送直到發完全部數據；若有衝突，則立即停止傳送數據，但是要傳送一個加強衝突的JAM信號，以便使網路上所有工作站都知道網上發生了衝突，然後，等待一個預定的隨機時間，且在匯流排為空閒時，再重新傳送未發完的數據。性能指標：信道利用率、吞吐量、介質利用率CSMA/CD的主要影響因素：傳播時延、工作站數。①CSMA/CD對站點個數不是很敏感，對實際的輸入負載比較敏感。②CSMA/CD對傳播時延比較敏感。③CSMA/CD衝突不可避免。④CSMA/CD的介質利用率隨a的上升下降較快。⑤CSMA/CD適合通信量不大，互動頻繁的場合⑥對於CSMA/CD幀越長，吞吐量越大，要求幀具有最小長度，當有許多短訊息時，頻寬浪費嚴重。

⑦CSMA/CD在輕負載時提供最短延遲，但對重負載敏感。主要參數：時間片512比特時間幀間間隔9．6微秒嘗試極限16退避極限10人為干擾長32比特最大幀長1518位元組最小幀長64位元組地址欄位長48比特幾個概念上述兩種衝突情況都會涉及一個共同算法——退避算法。①退避算法：當出現線路衝突時，如果衝突的各站點都採用同樣的退避間隔時間，則很容易產生二次、三次的碰撞。因此，要求各個站點的退避間隔時間具有差異性。這要求通過退避算法來實現。截斷的二進制指數退避算法（退避算法之一）：當一個站點發現線路忙時，要等待一個延時時間M，然後再進行偵聽工作。延時時間M以以下算法決定：M = 0 ~ (2^k - 1) 之間的一個隨機數乘以512比特時間（例如對於10Mbps乙太網，為51.2微秒），k為衝突（碰撞）的次數，M的最大值為1023，即當k=10及以後M始終是0~1023之間的一個隨機值與51.2的乘積，當k增加到16時，就發出錯誤信息。② 特殊阻塞信息：是一組特殊數據信息。在傳送數據後發現衝突時，立即傳送特殊阻塞信息（連續幾個位元組的全1，一般為32-48位），以強化衝突信號，使線路上站點可以儘早探測得到衝突的信號，從而減少造成新衝突的可能性。③ 衝突檢測時間>=2α: α表示網路中最遠兩個站點的傳輸線路延遲時間。該式表示檢測時間必須保證最遠站點發出數據產生衝突後被對方感知的最短時間。在2α時間裡沒有感知衝突，則保證發出的數據沒有產生衝突。（只要保證檢測2α時間，沒有必要整個傳送過程都進行檢測）④ X-堅持的CSMA算法：當在偵聽中發現線路空閒時，不一定馬上傳送數據，而採用X-堅持的CSMA算法決定如何進行數據傳送：算法特點- 非堅持的CSMA：線路忙，等待一段時間，再監聽；不忙時，立即傳送；減少衝突，信道利用率降低：- 1堅持的CSMA：線路忙，繼續偵聽；不忙時，立即傳送；提高信道利用率，增大衝突：- p堅持的CSMA：線路忙，繼續偵聽；不忙時，根據p機率進行傳送，另外的1-p機率為繼續偵聽（p是一個指定機率值）；有效平衡，但複雜：（5）控制流程圖（右上角圖）：（6）CSMA控制規程的特徵① 簡單② 具有廣播功能③ 平均頻寬： f = F / n④ 絕對平等，無優先權⑤ 低負荷高效，高負荷低效⑥ 延時時間不可預測⑦ 傳輸速率與傳輸距離為一定值套用篇CSMA/CD 曾經用於各種匯流排結構乙太網（bus topology Ethernet）和雙絞線乙太網(twisted-pair Ethernet)的早期版本中。CSMA/CD網路上進行傳輸時，必須按下列五個步驟來進行（1）傳輸前監聽（2）如果忙則等待

（3）如果空閒則傳輸並檢測衝突（4）如果衝突發生，重傳前等待（5）重傳或夭折

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计算机网络-CSMA/CD协议

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1 前言2 以太网采取了两种重要的措施2.1 无连接的工作方式2.2 使用曼彻斯特 (Manchester) 编码2.3 存在的问题

3 CSMA/CD协议3.1 存在的问题3.2 重要特性3.3 争用期3.4 二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)3.5 强化碰撞

1 前言

最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。易于实现广播通信。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件，总线上每一个计算机都能检测到其他计算机发出的信号，这就是广播通信方式 但有时我们想一对一的通信，这种情况下就要在发送数据帧的首部中写明接收主机的地址，如图，若B向D发送数据时，可以指明接收主机D的地址，由于只有D的地址和数据中的接收地址相同，所以只有D接收到数据，其他主机检测到不是发给自己的数据则会丢弃数据，这样就在广播通信中实现了一对一的通信

2 以太网采取了两种重要的措施

为了通信的简便，以太网采取了两种重要的措施：

采用较为灵活的无连接的工作方式以太网发送的数据都使用曼彻斯特 (Manchester) 编码

2.1 无连接的工作方式

不必先建立连接就可以直接发送数据对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送

2.2 使用曼彻斯特 (Manchester) 编码

关于曼彻斯特 (Manchester) 编码，可参考我的这篇文章 计算机网络-关于信号的调制

2.3 存在的问题

总线型以太网在同一时间内只允许一台计算机发送数据，那么该如何协调各个计算机之间的工作？下面介绍的 CSMA/CD协议 就是解决方案

3 CSMA/CD协议

CSMA/CD 含义：载波监听多点接入 / 碰撞检测 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上“载波监听”是指每一个站在发送数据之前和发送过程中要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号，如上图所示“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送

CSMA/CD的工作流程图：

3.1 存在的问题

既然每一个发送站在发送之前都已经检测到信道当前为“空闲”那为何还会出现“碰撞”呢？

这是因为数据电磁波在总线上传输时是以有限的速度传播的，如某个发送站监听到总线是空闲时，总线并非真的是空闲的，如下图中A，B两个站点距离为1km，之间用同轴电缆相连，电磁波在1km电缆上的传播时延大约为5ms，因此从A发向B的信息，大约要经过5ms才能到达B，若B在A发送给自己的消息之前也发送了一个数据出去，则必然在某个时间，B发出的数据会和A发出的数据在总线上发生碰撞

我们把总线上端到端的一趟时间记为 τ，图中当τ为0时A发送数据，B检测到总线为空闲，在时间 τ-δ 时，A发送的数据还没有到达B，B因为检测到总线空闲，就开始发送数据，设在τ-δ/2 时，发生了碰撞，这时由于数据还在总线上传输，A和B都不知道数据发生了碰撞，但当 t=τ 时，A的数据发送到B了，B就检测到碰撞了于是停止发送数据，在时间 t=2τ-δ 时，B发送给A的数据到达了A，A检测到了碰撞，也停止发送了数据

3.2 重要特性

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率

3.3 争用期

最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2τ （两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞以太网的端到端往返时延 2τ 称为争用期，或碰撞窗口经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞

争用期的长度：

以太网取 51.2 us 为争用期的长度对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突

最短有效帧长：

如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧

3.4 二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)

发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据，这个随机时间就要用到二进制指数类型退避算法：

确定基本退避时间，一般是取为争用期 2τ定义重传次数 k ，k ≤ 10，即 k = Min[重传次数, 10]从整数集合[0,1,…, (

2

k

2^k

2k -1)]中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告

3.5 强化碰撞

当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：

立即停止发送数据再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞

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java CSMA/CD 模拟

06-23

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2301_82255696:

这样最后一个因数后面就不带*号了

Git报错：git@github.com: Permission denied (publickey)

YellowSugar:

终于可以了，解我燃眉之急，感谢

C语言经典例14-将一个正整数分解质因数

窜天遁地猴子精:

for 循环里的判断条件，<=n/2就行，当然while里面也改成i<=n/2

C语言经典例14-将一个正整数分解质因数

lvzhe7:

懂了，感谢

C语言经典例17-统计字符个数

hhhhh6kd:

请问如果用数组该怎么做

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