载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)探析

摘要：载波监听多路访问CSMA是一种抢占型的半双工介质访问控制协议，采用分布式控制方法，其工作在OSI参考模型的数据链路层的介质访问控制子层，被广泛应用在控制计算机对媒体访问权上面。载波侦听CS指任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送。本文对载波侦听/冲突检测 （CSMA/CD）进行一个分析。

关键词：载波侦听多路访问 设备 协议 访问 分析

1 CSMA/CD概述

CSMA/CD：CSMA/CD表示Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。CSMA/CD即为载波侦听多路访问/冲突检测机制，采用该机制的站点在发送数据时边发边检测，一旦检测到冲突，站点立即停止发送数据，有效地减少的冲突的发生，减低了误码率，提高了信道利用率。

我们也需要对几个名词进行了解：“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；“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞；“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

正确使用以上策略可以在一定程度上减少冲突的发生，但无法彻底解决冲突问题。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。

2 CSMA/CD即载波监听多路访问/冲突检测方法

我们知道，在以太网中，传输介质被所有的节点所共享。

所有节点要求传输介质提供有序、高效的传输服务，而这也正是以太网的介质访问控制协议要解决的问题，下面我们对此展开一个分析

2.1 CSMA控制规程的特征

①简单。

②具有广播功能。

③平均带宽：f=F/n。

④绝对平等，无优先级。

⑤低负荷高效，高负荷低效。

⑥延时时间不可预测。

⑦传输速率与传输距离为一定值。

2.2 载波侦听多路访问/冲突检测方案

要求设备在发送帧的同时要对信道进行侦听，以确定是否发生冲突，若在发送数据过程中检测到冲突，则进行如下冲突处理操作：

①发送特殊阻塞信息并立即停止发送数据：特殊阻塞信息是连续几个字节的全1信号，此举意在强化冲突，以使得其它设备能尽快检测到冲突发生。

②在固定时间（一开始是1 contention period times）内等待随机的时间，再次发送。

③若依旧碰撞，则采用截断二进制指数避退算法进行发送。即十次之内停止前一次“固定时间”的两倍时间内随机再发送，十次后则停止前一次“固定时间”内随机再发送。尝试16次之后仍然失败则放弃传送。

此方案应用于以太网（DIX Ethernet V2）标准，IEEE 802.3标准。

3 CSMA/CD冲突检测原理

CSMA/CD是标准以太网、快速以太网和千兆以太网中统一采用的介质争用处理协议（但在万兆以太网中，由于采用的是全双工通信，所以不再采用这一协议）。之所以称之为“载波侦听”（“载波”就是承载信号的电磁波），而不是称之为“介质侦听”，那是因为如果介质上正在有载波存在，则证明介质处于忙的状态（因为信号或者数据不是直接传输的，而是通过电磁载波进行的）；如果没有载波存在，则介质是空闲状态。也就是通过载波的检测，可以得知介质的状态，而不能直接来侦听介质本身得出其空闲状态。

CSMA/CD的工作原理可以用以下几句话来概括：先听后说，边听边说。一旦冲突，立即停说。等待时机，然后再说。这里的“听”即监听、检测之意；“说”即发送数据之意。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

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