CSMA协议简述

CSMA协议

载波监听多路访问协议CSMA（carrier sense multiple access）

CS：载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
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，即发生了冲突。
MA：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。
协议思想：发送帧之前，监听信道

１－坚持CSMA

坚持指的是对于监听信道忙之后的坚持。
1-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。
空闲则直接传输，不必等待。
忙则一直监听，直到空闲马上传输。
如果有冲突（一段时间内未收到肯定回复），则等待一个随机长的时间再监听，重复上述过程。

优点：只要媒体空闲，站点就马上发送，避免了媒体利用率的损失。
缺点：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。

非坚持CSMA

非坚持指的是对于监听信道忙之后就不继续监听。
非坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。
空闲则直接传输，不必等待。
忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。

优点：采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性。
缺点：可能存在大家都在延迟等待过程中，使得媒体仍可能处于空闲状态，媒体使用率降低。

ｐ－坚持CSMA

p-坚持指的是对于监听信道空闲的处理。
p-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。
空闲则以p概率直接传输，不必等待；概率1-p等待到下一个时间槽再传输。
忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。

优点：既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的这种方案。
缺点：发生冲突后还是坚持把数据发完，造成了浪费

三种CSMA对比总结

物理层基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性→定义标准

1. 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
2. 电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。比如某网络在物理层规定，信号的电平用+10V_{+15V表示二进制0，用-10V}-15V表示二进制1，电线长度限于15m以内
3. 功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
4. 规程特性：（过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。比如描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时
   

数据通信相关术语

通信的目的是传送消息。

• 数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
• 信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
• 数字信号：代表消息的参数取值是离散的。
• 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的。
• 信源：产生和发送数据的源头。
• 信宿：接收数据的终点。
• 信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
  
  信道按照传输信号可以分为：模拟信道(传输模拟信号)、 数字信道(传输数字信号)
  信道按照传输介质可以分为：无线信道、有线信道

三种通信方式

从通信双方信息的交互方式看，可以有三种基本方式：

1. 单工通信:只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。
2. 半双工通信:通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。
3. 全双工通信:通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。

两种传输方式

传输方式可以分为：串行传输和并行传输
串行传输：速度慢，费用低，适合远距离

并行传输：速度快，费用高，适合近距离

码元、波特、速率、带宽

码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2)，此时码元为M进制码元。
1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。
K进制码元：例如4进制码元—→码元的离散状态有4个—→4种高低不同的信号波形 00、01、10、11

速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

1. 码元传输速率： 别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数），单位是波特（Baud）。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的，但码元速率与进制数无关。（1s传输多少个码元）
2. 信息传输速率：别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）。（1s传输多少个比特）

关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M × n bit/s。例如一个码元携带2bit的信息量，一秒可以传输5个码元，则信息传输速率为5×2=10bit/s
带宽：表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。

例题：某一数字通信系统传输的是四进制码元，4s传输了8000个码元，求系统的码元传输速率是多少？信息传输速率是多少？若另一通信系统传输的是十六进制码元，6s传输了7200个码元，求他的码元传输速率是多少？信息传输速率是多少？并指出哪个系统传输速率快？
如下解：

• 2000Baud，4000b/s；1200Baud，4800b/s；十六进制更快
  四进制码元系统
  码元传输速率就是8000/4=2000Baud，信息传输速率就是2000logz4=4000b/s
  十六进制码元系统
  码元传输速率就是7200/6=1200Baud，信息传输速率就是1200log216=4800bit/s
• 系统传输的是比特流，通常比较的是信息传输速率，所以传输十六进制码元的通信系统传输速率较快，如果用该系统去传输四进制码元会有更高的码元传输速率。

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