CSMA（Carrier Sense Multiple Access）与CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）

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1、CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波检测（侦听）多路访问）以及CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，基于冲突检测的载波监听多路访问技术）概念

CSMA（Carrier Sense Multiple Access）是载波检测（侦听）多路访问，它检测其他站的活动情况。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。

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，基于冲突检测的载波监听多路访问技术）是一种分布式介质访问控制协议，网中的各个站（节点）都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。
这时，如果两个以上的站同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。
每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。

CSMA/CD协议简单、可靠，其网络系统（如Ethernet）被广泛使用。

2、CSMA/CD控制方式的优缺点

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。

3、CSMA/CD的工作原理

CSMA/CD应用在OSI7层里的数据链路层，它的工作原理是：发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据.在发送数据时，边发送边继续监听.若监听到冲突，则立即停止发送数据.等待一段随机时间，再重新尝试。

4、CSMA分类

CSMA是载波检测（侦听）多路访问.它检测其他站的活动情况，据此调整自己的行为.分为以下几类：

1 ）1-持续CSMA(1-persistent CSMA）：当信道忙或发生冲突时，要发送帧的站，不断持续侦听，一有空闲，便可发送. 其中，长的传播延迟和同时发送帧，会导致多次冲突，降低系统性能.

2 ）非持续CSMA: 它并不持续侦听信道，而是在冲突时，等待随机的一段时间.它有更好的信道利用率，但导致更长延迟.

3 ） p-持续CSMA：它应用于分槽信道，按照P概率发送帧.即信道空闲时，这个时槽，欲发送的站P概率发送，Q=1-P概率不发送.若不发送，下一时槽仍空闲，同理进行发送.若信道忙，则等待下一时槽，若冲突，则等待随机的一段时间，重新开始.

以上都是对ALOHA的改进.当信道忙时，所有站都不传输帧.

4 ） 带冲突检测的CSMA(CSMA/CD:CSMA with Collision Detection）：它一旦检测到冲突，立即终止当前传输中的帧，节省时间和带宽，并等待一段时间，重新尝试.它广泛用于LAN中MAC子层,是当前以太网LAN的基础.

5、概念时间模型

其概念时间模型分为三个时期：传输周期，竞争周期和空闲周期。
总结为：先听后发，边听边发，冲突不发，稍后再发

6、CSMA/CD具体介绍

**CSMA/CD的全称是Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，即基于冲突检测的载波监听多路访问技术。**CSMA/CD也是最初802.3中的核心，应用在10M/100M的半双工有线网络中，目前CSMA/CD的应用场景少了很多，大部分都直接基于全双工工作。

CSMA/CD从思想上应该是源自于1-坚持CSMA，即1-persistentes CSMA。在其基础上，加入了CD（Collision Detection）的机制。冲突检测，即CD的机制主要是用来发现冲突，并解决冲突的。我们下面描述CSMA/CD的具体工作机制：

“节点发送数据之前需要持续监听信道，一旦节点发现信道空闲，则立刻发送数据。在发送数据的同时，节点持续监听信道，”探测” 是否有别的节点也在该时刻发送数据。

若传输过程中没有检测到别的节点的传输，那么成功传输。在成功传输后，节点需要等待帧间间隔IFG（interframe gap）时间后，可以进行下一次传输。

若在传输过程中，探测到别的节点也在传输，那么则检测到冲突。发生冲突后，节点立刻停止当前的传输，并且发送特定的干扰序列（JAM序列），用以加强该次冲突（用以保证其余所有节点都检测到该次冲突），在JAM序列发送完之后，节点随机选择一个时间倒数进行backoff。当backoff完成之后，节点可以尝试再次重传”。

7、关于CSMA/CD的知识点解答

• 载波检测（CS：carrier sense）：在有线网络中，载波检测实际上即是接收信道上的信息，并加以解析。用这种方式判断共享信道上有没有节点正在传输信息，从而达到监听（listen）的作用。其中载波检测这个名字实际上是从AM/FM接收中来的，即载波就是携带调制信息的模拟信号，从而载波监听就是对是不是有AM/FM信号进行侦听。
• 冲突检测（CD：collision detection）：在一些理论中，介绍冲突检测为“发送的同时，接收同一个信道上的数据，并比较发送数据Tx与接收数据Rx”。若Tx=Rx，则没有冲突发生，若Tx≠Rx，则识别到一个冲突。在一些工程介绍中，介绍检测冲突的方法是“介质依赖法”。连接段介质（实际上是电缆）拥有传输和接受数据的独立路径（双绞线中有单独的发送和接受回路），冲突检测是在同一个接收段收发器中，借助同时发生在传输和接收数据路径上的活动来完成的。在同轴电缆介质上，收发器通过检测同轴电缆的DC（即直流信号）信号等级来检测冲突。当两个或者多个基站同时传输时，同轴上的平均DC电压可达到触发同轴收发器中的冲突检测电压等级。同轴收发器连续检测同轴电缆上的平均电压等级，若平均电压等级表明，有多个基站同时传输内容后，其会发送JAM信号到以太网接口处。发送JAM信号的这个过程比冲突检测时间较长，多出的时间包含了根据10Mbps以太网上总信号延迟算出的时间（即包含了JAM信号的传输时间）。
• 时隙与捕获效应：在有线网络中，捕获效应被定义为1个时隙长度内没有冲突发生，同时时隙被定义为512bit在10Mbps或100Mbps网络的发送时间。在有线网络中选择为512bit作为一个时隙的参考值，是考量了为发送信号到对端的最大往返时间。该最大往返时间包含了电磁波通过物理层的往返时间以及传输JAM信号所花费的时间。（JAM信号是加强冲突的一个通知信号）。若节点已捕获信道，即已发送512bit，那么对方不一定会来打断你当前的传输，1.即确保对方能检测到你，2.并且反馈的JAM信号也能通知到你。同时，若从电磁波传输的角度而言，512bit在10M中传输的时间换算成电磁波能够传播的距离大约是2800米，512bit在100M中传输的时间换算成电磁波传播的距离大约是200米，对比有线网络的双绞线长度（大约100米）而言，这些参数还是可以接受的。在1000Mbps网络以及其上，都是默认物理层采用全双工模式的，若还是采用CSMA/CD的模式，那么这里的时隙长度会被定义为512byte的长度，不过目前这个可能是学术上的用法，而非协议的定稿。
• 重传机制（Backoff与BEB机制）：若节点检测到冲突发生在前512个字节，即一个时隙内，那么节点首先进行backoff，然后进行重传。这里backoff是采用BEB（二进制指数回退算法），即在一个随机窗口内，选择一个随机数并乘以时隙（time slot）进行回退。在第0~10次回退过程中，每回退一次，随机窗口放大一倍，在第11次到第16次过程中，依然进行回退，并尝试重新发送数据包，但是不放大窗口大小，第17次若失败，则丢包。按照一般情况下，冲突不会发生在512字节以后的部分，即已经发生了捕获效应，即节点已经捕获到了信道。不过比如时间不同步这样的一些情况出现，导致冲突发生在512字节之后，貌似是不进行重传，直接丢包的。