通信工程师交换技术CSMA/CD协议

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1.CSMA/CD协议
以太网MAC层采用带冲突检测的载波监听多址接人协议（CSMA/CD协议），这是一种典型的共享信道随机多址接人技术。前面已指出，传统以太网的总线是多站点的公共传输信道。当多个站点共享同一个信道时，由于各站点随机地要求使用信道发送数据，所以每次数据的传输都有可能要与其他的站点争用信道的使用权，即存在竞争和冲突问题。为了减小发生冲突的概率，协议规定：数据以帧为单位进行传输，且帧长度受限；每个站点在发送数据前，先检测信道的忙闲状况，只有在信道空闲时才发送。佴由于不同站点之间存在信号传播时延，当两个或两个以上的站点同时或接近同时检测到信道空闲时，仍有可能发生碰撞，所以协议又规定：在数据帧发送之后仍继续监听信道，若发现冲突，还要进行冲突处理。
因此，CSMA/CD协议的具体操作步骤如下。
1）每个站点在发送MAC帧前，首先监测信道是否空闲。如果发现信道空闲，就立即发送；否则，继续监测信道。
2）MAC帧发送后继续监测信道，并进行冲突检测。若在特定的时间（称为冲突窗口或争用期）内没有发现冲突，就继续发送直至将该帧发送完；若在冲突窗口内发现冲突，立即停止帧的发送，并转至步骤（3）。
3）发送一个短（32比特~48比特）的干扰信号，以强化冲突，让网内所有的站点都知道发生了冲突并停止发送。然后，退避一段随机的时间后，重复步骤（1）。
对于CSMA/CD协议，还需要说明两个重要的概念，这就是冲突窗口和二进制指数退避算法。
冲突窗口。它定义为可能发生冲突的最大时间区间，其值略大于2t,t是总线端到端的单向传播时延。图9-5示出可能发生冲突的一种极端情况。让我们考虑位于总线两端的站点A和B。设A站在,时刻检测到信道空闲并发出一个MAC帧，该帧将在,+T到达B站；又设B站在t+r-5时刻发现信道空闲并发出一个MAC帧（这里5是一个任意小的正数）。该帧经过时间t后将到达A站。由此可见，总线上的任何站点在发出其MAC帧之后的2t时间内，如果没有发现冲突，就肯定不会再发生冲突。

由于在冲突窗口内一定可以发现冲突，而且一旦检测到冲突就中止帧的发送，故已经发送出去的部分肯定小于64宇节。这些因冲突而中止发送的不完整的帧，称为冲突碎片，它们的长度小于64字节。所以，以太网的协议规定最短的有效帧长度为64宇节，凡是长度小于64字节的帧，都作为冲突碎片处理。
以上讨论了帧的发送协议。总线上的每个站点还要随时进行帧的接收操作。具体的帧接收操作如下。
地址识别：识别所有到达帧的目的地址，只接收目的地址（单地址或组地址）与本站地址相符的帧。
差错检测：对接收的帧进行CRC校验和帧格式的检査。冲突碎片处理：删除任何小于64字节的帧。
上传信息：MAC层将接收数据帧的内容及状态信息传送给上一层。
另外，还需要指出，上述协议中的载波监听、冲突检测都是在物理层实现的。冲突检测之所以能实现，是因为站点通过分接头能够实现双工工作，即每个站点在将信号发送到总线的同时，又可以从总线上接收信号。对于无线单载波的广播式网络（如无线局域网），每个站点在发射信号的同时是不可能接收的，因此CSMA/CD协议是不适用的。

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