CSMA沖突檢測(cè)和沖突避免

1、CSMA/CDCSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)方法在以太網(wǎng)中，所有的節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)。如何保證傳輸介質(zhì)有 序、高效地為許多節(jié)點(diǎn)提供傳輸服務(wù)，就是以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制協(xié) 議要解決的問題。一i、基礎(chǔ)篇：是一種爭(zhēng)用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。它起源于美國夏威夷大學(xué)開 發(fā)的ALOHA網(wǎng)所采用的爭(zhēng)用型協(xié)議，并進(jìn)行了改進(jìn)，使之具有比 ALOHA協(xié)議更高的介質(zhì)利用率。CSMA/CD控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：原理比較簡(jiǎn)單，技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位， 不需集中控制，不提供優(yōu)先級(jí)控制。但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)

2、送時(shí)間 增長(zhǎng)，發(fā)送效率急劇下降。CSMA/CD應(yīng)用在OSI 7層里的數(shù)據(jù)鏈路層它的工作原理是：發(fā)送數(shù)據(jù)前 先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則 立即發(fā)送數(shù)據(jù).在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，邊發(fā)送邊繼續(xù)監(jiān)聽.若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立 即停止發(fā)送數(shù)據(jù).等待一段隨即時(shí)間，再重新嘗試.二、進(jìn)階篇：CSMA/CD控制規(guī)程：控制規(guī)程的核心問題：解決在公共通道上以廣播方式傳送數(shù)據(jù)中 可能出現(xiàn)的問題（主要是數(shù)據(jù)碰撞問題）控制過程包含四個(gè)處理內(nèi)容：偵聽、發(fā)送、檢測(cè)、沖突處理（1）偵聽：通過專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，在站點(diǎn)準(zhǔn)備發(fā)送前先偵聽一下總線上是 否有數(shù)據(jù)正在傳送（線路是否忙）？若 忙”則進(jìn)入后述的 退避”處理程序，進(jìn)而進(jìn)一步反復(fù)進(jìn)行偵聽 工作。若

3、闈”，則一定算法原則（“X堅(jiān)持”算法）決定如何發(fā)送。（2）發(fā)送：當(dāng)確定要發(fā)送后，通過發(fā)送機(jī)構(gòu)，向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。檢測(cè)：數(shù)據(jù)發(fā)送后，也可能發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。因此，要對(duì)數(shù)據(jù)邊發(fā)送，邊接收，以判斷是否沖突了。（參5P127圖）（4）沖突處理：當(dāng)確認(rèn)發(fā)生沖突后，進(jìn)入沖突處理程序。有兩種沖突情況：偵聽中發(fā)現(xiàn)線路忙 發(fā)送過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞 若在偵聽中發(fā)現(xiàn)線路忙，則等待一個(gè)延時(shí)后再次偵聽，若仍 然忙，則繼續(xù)延遲等待，一直到可以發(fā)送為止。每次延時(shí)的時(shí)間不一 致，由退避算法確定延時(shí)值。 若發(fā)送過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞，先發(fā)送阻塞信息，強(qiáng)化沖突， 再進(jìn)行偵聽工作，以待下次重新發(fā)送（方法同）幾個(gè)概念:上述兩種沖突情況都會(huì)涉及一

4、個(gè)共同算法一一退避算法。 退避算法：當(dāng)出現(xiàn)線路沖突時(shí)，如果沖突的各站點(diǎn)都采用同 樣的退避間隔時(shí)間，則很容易產(chǎn)生二次、三次的碰撞。因此，要求各 個(gè)站點(diǎn)的退避間隔時(shí)間具有差異性。這要求通過退避算法來實(shí)現(xiàn)。截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)退避算法（退避算法之一）：當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)線路忙時(shí)，要等待一個(gè)延時(shí)時(shí)間M,然后再進(jìn)行偵聽工作。延時(shí)時(shí)間 M以以下算法決定：M = 2 minn,16 ms其中，n表示連續(xù)偵聽的次數(shù)（記數(shù)值）。該表達(dá)式的含義是： 第一次延遲2ms,再?zèng)_突則延遲22ms,以后每次連續(xù)的沖突次數(shù)記 數(shù)都比前一次增加一倍的延遲時(shí)間，但最長(zhǎng)的延遲時(shí)間不超過 216ms。（即：超過16次做特殊處理）特殊阻塞信息

5、：是一組特殊數(shù)據(jù)信息。在發(fā)送數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)沖 突時(shí)，立即發(fā)送特殊阻塞信息（連續(xù)幾個(gè)字節(jié)的全1）,以強(qiáng)化沖突信號(hào)，使線路上站點(diǎn)可以盡早探測(cè)得到?jīng)_突的信號(hào)，從而減少造成新沖突的可能性。 沖突檢測(cè)時(shí)間=2% : 口表示網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)兩個(gè)站點(diǎn)的傳輸線路 延遲時(shí)間。該式表示檢測(cè)時(shí)間必須保證最遠(yuǎn)站點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突后 被對(duì)方感知的最短時(shí)間。在 2%時(shí)間里沒有感知沖突，則保證發(fā)出的 數(shù)據(jù)沒有產(chǎn)生沖突。（只要保證檢測(cè)2/寸間，沒有必要整個(gè)發(fā)送過程 都進(jìn)行檢測(cè)）X-堅(jiān)持的CSMA算法：當(dāng)在偵聽中發(fā)現(xiàn)線路空閑時(shí)，不一定馬上發(fā)送數(shù)據(jù)，而采用X-堅(jiān)持的CSMA算法決定如何進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送： 三種算法及特點(diǎn)：- 非堅(jiān)持的CSMA:

6、線路忙，等待一段時(shí)間，再偵聽；不忙時(shí)， 立即發(fā)送；減少?zèng)_突，信道利用率降低：- 1堅(jiān)持的CSMA:線路忙，繼續(xù)偵聽；不忙時(shí)，立即發(fā)送；提 高信道利用率，增大沖突：- p堅(jiān)持的CSMA:線路忙，繼續(xù)偵聽；不忙時(shí)，根據(jù) p概率進(jìn) 行發(fā)送，另外的1-p概率為繼續(xù)偵聽(p是一個(gè)指定概率值)；有效平 衡，但復(fù)雜：(5)控制流程圖(右上角圖)：(6) CSMA控制規(guī)程的特征簡(jiǎn)單具有廣播功能平均帶寬：f = F / n絕對(duì)平等，無優(yōu)先級(jí)低負(fù)荷高效，高負(fù)荷低效延時(shí)時(shí)間不可預(yù)測(cè)傳輸速率與傳輸距離為一定值CSMA/CA無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11的MAC和802.3協(xié)議的MAC非常相似，都是在一個(gè)共享媒體之上支持多

7、個(gè)用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù) 據(jù)前先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的可用性。在802.3協(xié)議中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協(xié) 議來完成調(diào)節(jié)，這個(gè)協(xié)議解決了在Ethernet上的各個(gè)工作站如何在線 纜上進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}，利用它檢測(cè)和避免當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的沖突。在 802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中， 沖突的檢測(cè)存在一定的問題，這個(gè)問題稱為"Near/Fa產(chǎn)現(xiàn)象，這是由于要檢測(cè)沖突，設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號(hào)一邊傳送數(shù)據(jù)信號(hào)， 而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。鑒于這

8、個(gè)差異，在802.11中對(duì)CSMA/CD進(jìn)行了一些調(diào)整，采 用了新的協(xié)議 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或者 DCF(Distributed Coordination Function) o CSMA/CA 利用ACK信號(hào)來避免沖突的發(fā)生，也就是說，只有當(dāng)客戶端收到網(wǎng) 絡(luò)上返回的ACK信號(hào)后才確認(rèn)送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達(dá)目的。CSMA/CA協(xié)議的工作流程是：一個(gè)工作站希望在無線網(wǎng)絡(luò)中傳 送數(shù)據(jù)，如果沒有探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中正在傳送數(shù)據(jù)，則附加等待一段時(shí)間， 再隨機(jī)選擇一個(gè)時(shí)間片繼續(xù)探測(cè)，如果無線網(wǎng)路中仍舊沒有

9、活動(dòng)的 話，就將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接受端的工作站如果受到發(fā)送端送出的完整 的數(shù)據(jù)則回發(fā)一個(gè)ACK數(shù)據(jù)報(bào)，如果這個(gè)ACK數(shù)據(jù)報(bào)被接收端收 到，則這個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送過程完成，如果發(fā)送端沒有收到ACK數(shù)據(jù)報(bào)，則或者發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有被完整地收到，或者ACK信號(hào)的發(fā)送失敗，不管是哪種現(xiàn)象發(fā)生，數(shù)據(jù)報(bào)都在發(fā)送端等待一段時(shí)間后被重傳。CSMA/CA通過這種方式來提供無線的共享訪問，這種顯式的ACK機(jī)制在處理無線問題時(shí)非常有效。然而不管是對(duì)于 802.11還是802.3來說，這種方式都增加了額外的負(fù)擔(dān)，所以 802.11網(wǎng)絡(luò)和類似的Ethernet網(wǎng)比較總是在性能上稍遜一籌。CSMA/CD和CSMA/CA的主要差別對(duì)比如下：CSMA/CD :即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)方法CSMA/CA :帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問，發(fā)送包的同時(shí) 不能檢測(cè)到信道上有無沖突，只能盡量避免；1 .兩者的傳輸介質(zhì)不同，CSMA/CD用于總線以太，而CSMA/CA 則用于無線局域網(wǎng)802.11b;2 .檢測(cè)方式不同,CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測(cè)，當(dāng)數(shù) 據(jù)發(fā)生碰撞時(shí)，電纜中的電壓就會(huì)隨著發(fā)生變化； 而CSMA/CA采用 能量檢測(cè)（E