1 概述

1.1 局域网的拓扑结构

2 CSMA/CD

• CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection，载波侦听多路访问 / 冲突检测
• 目的：在共享网络里，解决冲突的协议。
• CSMA 的基本原理是：站在发送数据之前，先监听信道上是否有别的站发送的载波信号。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：
  • 若信道空闲，是否立即发送
  • 若信道忙，是否继续监听
• 如果连续发送 16次 碰撞后，认为网络繁忙有问题，不再尝试发送。

2.1 三种监听算法

• 非坚持型监听算法：当一个站准备好帧，发送之前先监听信道。
  • ① 若信道空闲，立即发送，否则转 ②
  • ② 若信道忙，则 后退一个随机时间，重复 ①
  • 由于随机是延后退，从而 减少了冲突的概率。然而，可能出现的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：当一个站准备好帧，发送之前先监听信道。
  • ① 若信道空闲，立即发送，否则转 ②
  • ② 若信道忙，继续监听，直到信道空闲后立即发送。
  • 这种算法的优缺点与前一种正好相反：有利于抢占信道，减少信道空闲时间。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）
• P-坚持型监听算法：这种算法汲取了以上两种算法的优点，但较为复杂。
  • ① 若信道空闲，以 概率 P 发送，以概率（1-P）延迟一个时间单位。一个时间单位等于网络传输时延
  • ② 若信道忙，继续监听，直到信道空闲，转 ①
  • ③ 如果发送延迟一个时间单位，则重复 ①

2.2 冲突检测原理

• 载波监听智能减少冲突的概率，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。如果帧比较长，对带宽的浪费就大了。为了进一步改进带宽的利用率，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，等待一段随机时长的时间，重新监听，再试着发送。
• 最小帧长：$L_{min}=2R\times \frac{d}{v}$
  • R：网络数据速率
  • d：最大段长
  • v：信号传播速度

2.3 二进制指数后退算法

3 扩展

3.1 网工软考真题

[2018-上]在CSMA/CD 以太网中，数据速率为 100 Mb/s，网段长 2km，
信号速率为 200 m/μs，则此网络的最小帧长是（）比特
A.1000   B.2000   C.10000   D.200000

【参考答案：B】

• 根据最小帧公式：$L_{min}=2R\times \frac{d}{v}$ 可知
• $L_{min}=2\ast 100\ast 10^{6}b/s\ast \frac{2\ast 10^{3}m}{200/10^{-}6s}=2000bit$

[2014-下]以太网采用的 CSMA/CD 协议，当冲突发生时要通过二进制指数后退算法
计算后退时延，关于这个算法，以下论述中错误是的（）。
A.冲突次数越多，后退的时间越短  // 后退时间越长
B.平均后退次数的多少与负载大小有关
C.后退时延的平均值与负载大小有关
D.重发次数达到一定极限后放弃发送