CSMA/CD协议

CSMA/CD协议

1. 总线的特点

• 最早的以太网是将许多计算机都连接到一条总线上。当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。
• 但是并不总是要在局域网上进行一对多的广播通信。
• 为了在总线上实现一对一的通信，可以使每一台计算机的适配器拥有一个与其他适配器都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。现在的电子技术是很容易做到：仅当数据帧中的目的地址和适配器ROM中的硬件地址一致时，该适配器才能接收这个数据帧。适配器对不是发送给自己的数据帧就丢弃。这样，具有广播特性的总线上就实现了一对一的通信。

2. 以太网采取以下两种措施实现方便通信

2.1 采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据

• 适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网的信道质量很好，因通信质量不好产生差错的概率很小的。
• 因此，以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
• 当目的站收到有差错的数据帧时（例如，通过CRC查出有差错），就把帧丢弃，其他什么也不做。
• 对有差错的帧是否需要重传则由高层来决定。例如，如果高层使用TCP协议，那么TCP就会发现丢失了一些数据。于是经过一段时间后，TCP就把这些数据重新传递给以太网进行重传。但以太网并不知道这是重传帧，而是当做新的数据帧来发送。

2.2 以太网发送的数据都使用曼切斯特编码的信号

• 曼切斯特编码的编码方法就是把每一个码元再分成两个相等的间隔。
• 码元1是在前一个间隔为低电压而后一个间隔为高电压，而码元0则相反。这样就保证了每一个码元的正中间出现一次电压的转换，而接收端就利用这种电压的转换很方便地把位同步信号提取出来。
• 曼切斯特编码的缺点，是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。
  

注：当初提出以太网的方案是基于以下思路：要寻找很简单的方法把一些相距不太远的计算机互相连接起来，使它们很方便和很可靠地进行较高速率的数据通信。

3. CSMA/CD协议，用于协调总线上各计算机的工作

• 注：总线上只要有一台计算机在发送数据，总线的传输资源就被占用。因此，在同一时间只能允许一台计算机发送信息，否则各计算机之间就会互相干扰，结果大家都无法正常发送数据。
• 以太网用于协调总线上各计算机的工作的方法，就是使用一种特殊的协议CSMA/CD，它是载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的缩写。
• 多点接入：说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式接入在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”。
• 载波监听：就是发送前先监听，即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站在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，要等到信道变为空闲时再发送。
• 碰撞检测：就是边发送边监听，即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压变化幅度将会增大（相互叠加）。当适配器检测到的信号电压变化幅度超过一定阀值时，就认为总线上至少有两个站在同时发送数据，表明产生了碰撞。一旦发现总线上发生了碰撞，适配器就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。

参考文献：
[1]《计算机网络(第5版)》谢希仁——第三章 3.3