【计算机网络】数据链路层 : CSMA/CA 协议 ( 载波监听多点接入 / 碰撞避免 协议 | CSMA/CA 协议工作原理 | CSMA/CD 协议 与 CSMA/CA 协议对比 )

一、 CSMA/CA 协议 ( 非重点、仅作了解 )

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CSMA/CA 协议 :

① 全称 : Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance , 载波监听多点接入 / 碰撞避免 协议 ;

② CS : Carrier Sense , 载波监听 , 每个站点 发送数据前 , 和 发送数据过程中 , 先检测总线上是否有其它 站点 在发送数据 ;

③ MA : Multiple Access , 多点接入 , 多个 主机 连接在同一条 总线 上 ; 该协议 应用于 总线型网络 中 ;

④ CA : Collision Avoidance , 碰撞避免 ;

随机访问 介质访问控制 协议 对比 :

• ALOHA 协议 , 不听就说 ;

• CSMA 协议 , 先听再说 ;

• CSMA/CD 协议 , 先听再说 , 边听边说 ;

• CSMA/CA 协议 , 先听再说 , 边听边说 ;

二、CSMA/CA 协议工作原理

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CSMA/CA 协议工作原理 :

① 检测信道 : 发送数据前 , 检测信道是否空闲 ;

② 信道空闲 : 发出 RTS ( Request To Send ) , RTS 包括 发射端地址 , 接收端地址 , 发送持续时间 等信息 ;

③ 信道忙 : 等待 ;

④ 接收端收到 RTS : 发送 CTS ( Clear To Send ) 响应 ;

⑤ 发送端收到 CTS : 同时执行以下两个操作 ;

• 发送数据 : 开始发送数据帧 ;
• 预约信道 : 告知其它站点 , 自己要传输数据 , 并给出传输时间 ;

⑥ 接收方接收到数据后 , 使用 CRC 循环冗余校验码 校验 数据是否正确 , 如果数据正确 , 返回 ACK 确认帧 ;

⑦ 发送方接收到 ACK 确认帧 后 , 才进行下一帧的发送 , 如果没有收到 , 则一直重传 , 直到 $16$ 次失败为止 ; ( 二进制指数退避算法 )

三种机制 :

• RTS/CTS 帧
• 预约信道
• ACK 帧

三、 CSMA/CD 协议 不能用于 无限局域网 的原因

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CSMA/CD 协议 不能用于 无限局域网 的原因 :

① 无法进行 $360$ 度信道碰撞检测 : 在无限局域网中 , 无限信号 $360$ 度发送 , 是无法检测所有方向的碰撞的 ;

② 隐蔽站 问题 :

• $A,C$ 站点 , 要给 $B$ 站点发送数据 , 发送前检测信道 , 如果 $A,C$ 都检测不到信号 , 认为信道空闲 , 同时向 $B$ 发送数据 , 此时就会导致冲突 ;

• 如果 $A$ 要给 $B$ 发送数据 , $C$ 没有检测到信号 , 此时强行给 $B$ 发送数据 , 就会导致冲突 ;

四、 CSMA/CD 协议 与 CSMA/CA 协议对比

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CSMA/CD 协议 与 CSMA/CA 协议 相同点 :

① 都要监听 : 数据发送前 , 都要先进行监听 ; 信道空闲后 , 才能接入 ;

② 冲突后的处理方式 : 都使用 截断二进制指数规避算法 进行重传 ;

CSMA/CD 协议 与 CSMA/CA 协议 不同点 :

① 传输介质不同 :

• 无线网 : CSMA/CA 协议 用于 无线局域网中 ;

• 有线网 : CSMA/CD 协议 用于 总线型 以太网 中 ;

② 监听方式不同 :

• CSMA/CD 协议 监听 有线信道 中的电压变化 ;
• CSMA/CA 协议 采用 能量检测 ( ED ) , 载波检测 ( CS ) , 能量载波混合检测 , 三种方式检测信道是否空闲 ;

③ 对于冲突的处理 :

• CSMA/CD 协议 检测冲突 ;

• CSMA/CA 协议 避免冲突 ;