什么是載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議

什么是載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議

發(fā)展背景（出因）：

在總線和環(huán)形拓?fù)渲校?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備必須共享傳輸線路，為解決同一時(shí)間幾個(gè)設(shè)備同時(shí)爭用傳輸介質(zhì)，需要有某種訪問控制方式，以便協(xié)調(diào)各設(shè)備訪問介質(zhì)的順序，在設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。

在總線系統(tǒng)中，每個(gè)站都能獨(dú)立地決定幀的發(fā)送，若兩個(gè)或多個(gè)站同時(shí)發(fā)送，就產(chǎn)生沖突，同時(shí)發(fā)送的所有幀都會(huì)出錯(cuò)。因此一個(gè)用戶發(fā)送信息成功與否在很大程度上取決于總線是否空閑的算法以及兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送的分組發(fā)生沖突時(shí)所使用和中斷傳輸?shù)姆椒?，總線爭用技術(shù)分為載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA)和具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA/CD)這兩大類。載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA)的技術(shù)，也叫做先聽后說(LBT)，希望傳輸?shù)恼臼紫葘π诺肋M(jìn)行監(jiān)聽以確定是否有別的站在傳輸。如果信道空閑，該站可以傳輸，否則，該站將避讓一段時(shí)間后再嘗試。需要有一種退避算法來決定退讓時(shí)間。常用的有三種算法。1、非堅(jiān)持CSMA；2、1-堅(jiān)持CSMA；3、P-堅(jiān)持CSMA。

通信中對介質(zhì)的訪問可以是隨機(jī)的，即各工作站可以在任何時(shí)刻、任意地訪問介質(zhì);也可以是受控的，即各工作站可以用一定的算法調(diào)整各站訪問介質(zhì)的順序和時(shí)間。在隨機(jī)訪問方式中，常用的爭用總線技術(shù)為CSMA/CD.

這種控制方式對任何工作站都沒有預(yù)約發(fā)送時(shí)間，工作站的發(fā)送是隨機(jī)的，必須在網(wǎng)絡(luò)上爭用傳輸介質(zhì)，故稱之為爭用技術(shù)。若同一時(shí)刻有多個(gè)工作站向傳輸線路發(fā)送信息，則這些信息會(huì)在傳輸線上互相混淆而遭破壞，稱為“沖突”。為盡量避免由于竟?fàn)幰鸬臎_突，每個(gè)工作站在發(fā)送信息之前，都要監(jiān)聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送，這就是“載波監(jiān)聽”。

CSMA是從一種叫ALOHA的控制協(xié)議演變而來的，之所以要采用這種控制協(xié)議，是因?yàn)楫?dāng)許多用戶共享一個(gè)容量為C b/s的信道時(shí)，如果兩個(gè)或更多的用戶同時(shí)都在共享信道上發(fā)送信息，這樣就會(huì)產(chǎn)生沖突。習(xí)慣上把這種沖突叫做碰撞。碰撞的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致沖突的用戶發(fā)送都告失敗。如圖所示:

由圖可知，一個(gè)幀若要發(fā)送成功，必須在發(fā)送時(shí)刻之前和之后各有一段時(shí)間T0內(nèi)沒有其他幀的發(fā)送，否則就必然產(chǎn)生沖突而導(dǎo)致失敗。這樣，一個(gè)幀發(fā)送成功的條件就是該幀與該幀前后的兩個(gè)幀到達(dá)的時(shí)間間隔大于T0.

基本定義或原理：

載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)：在CSMA中，由于通道的傳播延遲，當(dāng)兩個(gè)站點(diǎn)監(jiān)聽到總線上沒有存在信號(hào)而發(fā)送幀時(shí)，仍會(huì)發(fā)生沖突。由于CSMA算法沒有沖突檢測功能，即使沖突己發(fā)生，仍然要將已破壞的幀發(fā)送完，使總線的利用率降低。

一種CSMA的改進(jìn)方案是使站點(diǎn)在傳輸時(shí)間繼續(xù)監(jiān)聽媒體，一旦檢測到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串短的阻塞報(bào)文(Jam),通知總線上各站沖突己發(fā)生，這樣通道容量不致因白白傳送己受損的幀而浪費(fèi)，可以提高總線的利用率，這就稱作載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測協(xié)議，簡寫為CSMA/CD,這種協(xié)議己廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中。

此時(shí)，浪費(fèi)掉的帶寬就減少為用檢測沖突所花費(fèi)的時(shí)間。那么，怎么來估算所需的沖突檢測時(shí)間呢?對于基帶總線而言，此時(shí)用于檢測一個(gè)沖突的時(shí)間等于任意兩個(gè)站之間最大的傳播延遲的兩倍，所以對于基帶CSMA/CD，要求分組長度應(yīng)該至少兩倍于傳播延遲，否則在檢測出沖突之前傳輸已經(jīng)完成，但實(shí)際上分組被沖突所破壞。

應(yīng)用：CSMA/CD是用爭用的方法來決定對介質(zhì)的訪問權(quán)。而這種爭用協(xié)議一般用于總線網(wǎng)。載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA) 發(fā)展情況及存在問題：

CSMA/CD總線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題是沖突控制或沖突分解問題，即由于發(fā)送沖突而遭碰撞的報(bào)文要經(jīng)過一段隨機(jī)延時(shí)后重發(fā)，典型的沖突控制算法，亦即后退算法有以下五種:二進(jìn)制指數(shù)后退算法BEB、多項(xiàng)式后退算法PB、線性增值后退算法LIB、固定平均后退算法FMB、順序后退算法OB.