4-3 CSMA/CD与监听算法

CSMA/CD简介

简介

CSMA/CD：对总线型、星型（中间用HUB的星形网络，用交换机的话不影响）和树型拓扑访问控制协议是CSMA/CD，中文译作载波监听多点接入冲突检测，CSMA/CD是共享型网络中解决冲突的技术

Carrier Sense[载波监听]
MultipleAccess[多点接入]
Collision Detection[冲突检测]

基本原理

CSMA基本原理：发送数据之前，先监听信道上是否有人在发送。若有，说明信道正忙，否则说明信道是空闲的，然后根据预定的策略决定:

(1) 若信道空闲，是否立即发送(不一定立即发送)；
(2) 若信道忙，是否继续监听；

如果连续发生16次碰撞后，认为网络繁忙有问题，就不再尝试发送。

CSMA/CD三种监听算法(常考前两种)

CSMA/CD工作时，如果发现信道正忙，则有以下三种策略：

非坚持型监听算法：后退随机时间

非坚持型监听算法：后退随机时间(发现厕所有人，我回去等半个小时再来)

由于随机时延后退，从而减少了冲突的概率。问题是因为后退而使信道闲置一段时间，这使信道的利用率降低，而且增加了发送时延。

1-坚持型监听算法：继续监听，不等待

1-坚持型监听算法：继续监听，不等待(发现厕所有人，就在厕所门口等着即监听厕所状态)

有利于抢占信道，减少信道空闲时间。信道空闲就马上发，但是多个站同时都在监听信道时必然会发生冲突。冲突概率和利用率都高(双高)

P-坚持型监听算法

P-坚持型监听算法：若信道空闲并不马上发，而是以概率P发送，以概率(1-P)延迟一个时间单位，P大小可调整。

例题

解析：1-坚持型监听算法的特点是双高：介质利用率和冲突概率都高

解析：严格来讲CSMA/CD的几种监听算法只有1-坚持型监听算法是符合B选项的，该题目不严谨

冲突检测原理(偶尔考查)

载波监听只能减小冲突的概率，不能完全避免冲突。当两个帧发生冲突后，若继续发送，将会浪费网络带宽。为了改进带宽利用率，发送站应采取边发边听的冲突检测方法，即:

==///////==

(1) 发送期间同时接收，并把接收的数据与站中存储的数据进行比较。

(2) 若比较结果一致，说明没有冲突，重复(1)。

(3) 若比较结果不一致，说明发生了冲突，立即停止发送，并发送一个简短的干扰信号(Jamming)，使所有站都停止发送。

(4)发送Jamming 信号后，等待一段随机长的时间，重新监听，再试着发送。

==///////==

例题

最小帧长计算

在共享式以太网中，发送时间如何定义才能保证不冲突，即帧长为多少的时候，才不会发生冲突？

若定义L为帧长，R为网络数据速率，d为收发站之间物理距离，v为传播速度，则不冲突等价于：该帧所占用的发送时间＞正常传送+返回确认时间，即$$\frac{L}{R}>2 * \frac{d}{v} $$，则推出最小帧长公式

则最小帧长有
$$
L_{min}=2R * \frac{d}{v}
$$
其中 R 为网络数据速率，d 为最大距离，v 为传播速度

例题

解析：CSMA/CD说明考察共享式以太网的冲突解决，代入上面所述公式计算

解析：二进制指数后退算法：$(2^k -1) * t$，其中k为第几次冲突，t为定义的时间片。设t = 1秒，则：

第1次冲突：后退 1s
第2次冲突：后退 3s
第3次冲突：后退 7s

经常冲突，说明网络繁忙，网络繁忙就多等一会

A：冲突次数越多，后退时间越长

B：后退次数越多，说明网络越拥挤，负载越大

C：后退时延平均值越大，说明网络越拥挤，负载越大

D：CSMA/CD定义：如果连续发生16次碰撞后，认为网络繁忙有问题，就不再尝试发送。

4-3 CSMA与监听算法