CSMA/CD-CSMA/CA

1.CSMA(载波侦听多路访问协议)

  CSMA 当其他节点检测到信道被占用时不发送数据。但是当数据发送完后其他节点同时检测到信道为空闲,之后又在同一时刻发送数据,可能再次产生冲突。

2.CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听多路访问协议)

  由于以太网(Ethernet)成为现存局域网络结构的绝大多形式,CSMA/CD(Carrier Sense Multiple ACcess/Collision Detection)载波监测多址接人协议也成为局域网采用最多的MAC协议。CSMA/CD适宜于总线型局域网拓扑结构的随机竞争型媒体访问控制。总线型网络允许同一时刻只有一个节点(Node)发送数据,一旦两个或以上节点同时发送数据,则会发生数据碰撞,数据不能正常发送和接收。CSMA/CD协议就是尽可能保证网络上同时只有一个节点发送数据,减小数据“碰撞”概率。

  CSMA/CD工作过程

  当MAC收到LLG发来的数据以后,首先监测网络电缆上是否具有数据,即载波传送。

  发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲 则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续侦听.若侦听到冲突,则立即停止发送数据。等待一段随机时间(通过二进制指数回退算法),再重新尝试。

  先听后发,边发边听,冲突停发,随即延迟后重发

  CSMA/CD使用条件

  L/R >= 2*T(L为发送数据包的大小,R为带宽,T为从发送端到接收端的传播时延)。

3.CSMA/CA协议(带冲突避免的载波侦听多路访问协议)

  CSMA作为随机竞争类MAC协议,算法简单而且性能丰富,所以在实际局域网的使用中得到了广泛的应用。但是在无线局域网中,由于无线传输媒体固有的特性及移动性的影响,无线局域网的MAC在差错控制、解决隐藏终端等方面存在应有别于有线局域网。因此WLAN与有线局域网所采用的CSMA备一定的差异。WLAN采用CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)协议,其与CSMA/CD最大的不同点在于其采取避免冲突工作方式。

  与CSMA/CD不同,WLAN媒体访问控制(MAC)层采用的CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)协议,由于在RF传输网络中冲突检测比较困难,所以该协议用避免冲突检测代替802.3协议使用的冲突检测,采用冲突避免机制尽量减小冲突碰撞发生的概率,以提高网络吞吐性能与迟延性能。协议使用信道空闲评估(CCA)算法来决定信道是否空闲,通过测试天线能量和决定接收信号强度RSSI来完成,并且使用RTS、CTS和ACK帧减少冲突。数据加密与普通局域网的等同加密(WEP)算法一样,使用64位密钥和RC4加密算法。

  CSMA/CA工作过程

  当发射端希望发送数据时,首先检测介质是否空闲,若是介质为空闲时,送出RTS(Request To Send请求发送),RTS信号包括发射端的地址、接收端的地址、下一笔数据将持续发送的时间等信息,接收端收到RTS信号后,将响应短信号CTS(Clear To Send),CTS信号上也RTS内记录的持续发送的时间,当发射端收到CTS包后,随即开始发送数据包。接收端收到数据包后,将以包内的CRC(CyClic Redundancy Check,循环冗余校验)的数值来检验包数据是否正确,若是检验结果正确时,接收端将响应ACK包,告知发射端数据己经被成功地接收。当发射端没有收到接收端的ACK包时,将认为包在传输过程中丢失,而一直重新发送包。

4.CSMA/CA与CSMA/CD的区别

  (1)载波检测方式:因传输介质不同,CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测,当数据发生碰撞时,电缆中的电压就会随着发生变化;而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。

  (2)信道利用率比较CSMA/CA协议信道利用率低于CSMA/CD协议信道利用率。但是由于无线传输的特性,在无线局域网不能采用有线局域网的CSMA/CD协议。信道利用率受传输距离和空旷程度的影响,当距离远或者有障碍物影响时会存在隐藏终端问题,降低信道利用率。

  具体最高的信道利用率与传输速率有关。在IEEE802.11b无线局域网中,在1Mb/s速率时最高信道利用率可到90%,而在11Mb/s时最高信道利用率只有65%左右。

CSMA/CD是英文carrier sense multiple access/collision detected 的缩写,可把它翻成“载波侦察听多路访问/冲突检测”,或“带有冲突检测的载波侦听多路访问”。所谓载波侦听(carrier sense),意思是网络上各个工作站在发送数据前都要总线上有没有数据传输。若干数据传输 (称总线为忙),则不发送数据;若无数据传输(称总线为空),立即发送准备好的数据。所谓多路访问(multiple access)意思是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线,且发送数据是广播式的。所谓冲突(collision),意思是,若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据,在总线上就会产生信号的混合,哪个工作站都同时发送数据,在总线上就会产生信号的混合,哪个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称数据冲突又称碰撞。为了减少冲突发生后又的影响。工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据,有没有在传输过程中与其它工作站的数据发生冲突,这就是冲突检测(collision detected)

带冲突检测的CSMA(CSMA/CD:CSMA with Collision Detection):它一旦检测到冲突,立即终止当前传输中的帧,节省时间和带宽,并等待一段时间,重新尝试.它广泛用于LAN中MAC子层,是当前以太网LAN的基础. CSMA/CD 曾经用于各种总线结构以太网(bus topology Ethernet)和双绞线以太网(twisted-pair Ethernet)的早期版本中。现代以太网基于交换机和全双工连接建立,不会有碰撞,因此没有必要使用CSMA/CD

CSMA
CSMA,即载波监听多路访问协议。在采用CSMA协议的网络系统中,每个结点在发送数据之前,先监听信道是否为空闲状态,再根据监听的结果决定如何动作。

CSMA主要分为四种协议:

1-坚持 CSMA:当一个结点想要发送数据时,先监听一下信道,如果忙则继续等待,直到信道空闲。如果空闲则立即发送数据。
非坚持CSMA :当一个结点要发送数据,先监听信道,如果空闲则立即发送数据,否则放弃监听,随机等待一段时间后再监听。
p-坚持CSMA :当一个结点要发送数据,先监听信道,如果信道忙,则坚持监听到下一个时隙。如果信道空闲,则有p的概率发送数据,1-p的概率继续等待。

CSMA/CD
CSMA只在发送数据前检查是否冲突,而数据发送过程中是有可能冲突的,这时CSMA会继续将剩下的数据发送完,浪费时间、浪费带宽。

所以出现了带有冲突检测的CSMA协议,即CSMA/CD。是对CSMA的改进,网络结点在发送数据时,边发送边监听,一旦发现有冲突,立即停止发送。

这时候大家都不发送了,会产生一个争用时隙, 冲突的各结点在停止发送后,等待一段时间再监听信道,发现空闲信道则发送数据。 而当很多结点彼此都冲突时,则会产生一系列的争用时隙,在经过几轮竞争后,有一个结点发送数据成功。有数据要发送的结点将开始新一轮竞争。

可以看出,其实CSMA/CD的工作周期就是传输周期、争用周期、空闲周期交替出现的一个过程。

带冲突检测的CSMA(CSMA/CD:CSMA with Collision Detection):它一旦检测到冲突,立即终止当前传输中的帧,节省时间和带宽,并等待一段时间,重新尝试.它广泛用于LAN中MAC子层,是当前以太网LAN的基础. CSMA/CD 曾经用于各种总线结构以太网(bus topology Ethernet)和双绞线以太网(twisted-pair Ethernet)的早期版本中。现代以太网基于交换机和全双工连接建立,不会有碰撞,因此没有必要使用CSMA/CD。

CSMA/CA
CSMA/CA,带有冲突避免的载波多路访问协议,是对CSMA/CD协议的修改,把冲突检测改为冲突避免。

主要用于无线局域网。

为什么要冲突避免呢?

在无线局域网中,每个移动的站点发送的范围可以看成是一个以本身为圆心的圆。这有可能会出现两个问题:

隐蔽站问题

CSMA/CD-CSMA/CA_第1张图片

A站点和C站点都想发送数据给B站点,但是A和C相距较远,都认为到B的信道是空闲的,就都向B发送数据,两个方向来的数据发生碰撞,那就有问题了
暴露站问题

CSMA/CD-CSMA/CA_第2张图片

ABCD四个站点,黄色和白色是B的传播范围,白色和蓝色是C的传播范围,B向A发送数据时,C想向D发送数据,这时候C发现信道是冲突的(因为B的传播信号是圆形范围的),于是选择了不向D发送数据,可是我们可以看到B向A发送数据并不影响C向D发送数据。这就造成了信道明明不忙,却也不能发送的问题。
综合上面两个问题,CSMA/CA协议,要求每个发送站点在发送帧数据之前,先监听信道,空闲则发送,但是发送完一帧后,必须等待一个短时间间隔,这个间隔称为帧间间隔,检查接受站点是否发回帧确认。若没有确认,则认为发送失败,重发该帧。

CSMA/CA中需要用到以下三种帧间间隔

SIFS=用于分隔一次对话的各帧
PIFS=SIFS+一个时隙时间长度
DIFS=PIFS+一个时隙时间长度

时隙时间长度,指的是在某一个站在某一个时隙开始接入到信道时,那么在下一个时隙开始时,其他站能检测出信道变成非空闲的时间
 

dix 的ethernet标准,ieee 802.3使用的都是 csma/cd , csma/ca用于无线网络,比如802.11。
csma/cd是带有冲突检测的载波侦听夺路访问;
csma/ca是带有冲突避免的载波侦听夺路访问。

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