CSMA/CD協議
以太網的連接
最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認爲這樣的連接方法既簡單又可靠，因爲總線上沒有有源器件。
以太網採用廣播方式發送
• 總線上的每一個工作的計算機都能檢測到B 發送的數據信號。
• 由於只有計算機 D 的地址與數據幀首部寫入的地址一致，因此只有 D 才接收這個數據幀。
• 其他所有的計算機（A, C）都檢測到不是發送給它們的數據幀，因此就丟棄這個數據幀而不能夠收下來。
• 在具有廣播特性的總線上實現了一對一的通信。
以太網的兩種措施
爲了通信的簡便，以太網採取了兩種重要的措施：
(1) 採用較爲靈活的無連接的工作方式
– 不必先建立連接就可以直接發送數據。
– 對發送的數據幀不進行編號，也不要求對方
發回確認。
– 這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。
(2) 以太網發送的數據都使用曼徹斯特(Manchester) 編碼
以太網提供的服務
• 以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。
• 當目的站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，其他什麼也不做。差錯的糾正由高層來決定。
• 如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網並不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數據幀來發送。
局域網的媒體共享技術
• 靜態劃分信道（因計算機網絡數據的突發性，靜態劃分不實際）
– 頻分複用
– 時分複用
– 波分複用
– 碼分複用
• 動態媒體接入控制（多點接入）
– 隨機接入
– 受控接入 ，如多點線路探詢 (polling)，或輪詢。
CSMA/CD字面含義
• CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。
• “多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。
• “載波監聽”是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。
• “碰撞檢測”就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小。
• 當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。
• 當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認爲總線上至少有兩個站同時在發送數據，表明產生了碰撞。
• 所謂“碰撞”就是發生了衝突。因此“碰撞檢測”也稱爲“衝突檢測”。
檢測到碰撞後
• 在發生碰撞時，總線上傳輸的信號產生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。
• 每一個正在發送數據的站，一旦發現總線上出現了碰撞，就要立即停止發送，免得繼續浪費網絡資源，然後等待一段隨機時間後再次發送。
每一站在發送數據之前已經監聽到信道爲“空閒”，爲什麼還會出現碰撞？
電磁波在總線上總是以有限的速率傳播
• 當某個站監聽到總線是空閒時，也可能總線並非真正是空閒的。
• A 向 B 發出的信息，要經過一定的時間後才能傳送到B。
• B 若在 A 發送的信息到達 B 之前發送自己的幀 (因爲這時 B 的載波監聽檢測不到 A 所發送的信息)，則必然要在某個時間和 A 發送的幀發生碰撞。
• 所以需要在發送期間進行碰撞檢測，以檢測衝突。
CSMA並不能完全解決碰撞問題
CSMA/CD重要特性
• 使用 CSMA/CD 協議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。
• 每個站在發送數據之後的一小段時間內，存在着遭遇碰撞的可能性。
• 這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小於以太網的最高數據率。
某站點最多經過多長時間能夠檢測到衝突（碰撞）？
爭用期
• 最先發送數據幀的站，在發送數據幀後至多經過時間2τ（往返時延，兩倍的端到端傳播時延）就可知道發送的數據幀是否遭受了碰撞。
• 以太網的端到端往返時延 2τ稱爲爭用期，或碰撞窗口。
• 經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。
爲什麼爭用期是2τ而不是τ？
每個站點作爲執行CSMA/CD協議的主體，需要自己主觀上得到這個信息。
產生碰撞之後如何進行避讓？
• 檢測到碰撞——數據失真——停發
• 退避一段時間——重傳
• 退避時間（何時啓動重傳）如何確定？
截斷二進制指數類型退避算法
截斷二進制指數類型退避算法
(truncated binary exponential type)
• 發生碰撞的站在停止發送數據後，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發送數據。
– 確定基本退避時間，一般是取爲爭用期 2τ
– 定義重傳次數 k ，k≤10，即k = Min[重傳次數, 10]
– 從整數集合[0,1,2,3, …,(2k -1)]中隨機地取出一個數，記爲 r。重傳所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。
– 當重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，並向高層報告。
兩個量化參數
1、爭用期
• 10 Mbit/s 以太網（傳統以太網）取 51.2 μs 爲爭用期的長度。
2、最短有效幀長
• 對於 10 Mbit/s 以太網（傳統以太網） ，在爭用期內可發送 512 bit，即 64 字節。
這意味着：
以太網在發送數據時，若前 64 字節沒有發生衝突，則後續的數據就不會發生衝突。
• 如果發生衝突，就一定是在發送的前 64 字節之內。
• 由於一檢測到衝突就立即中止發送，這時已經發送出去的數據一定小於 64 字節。
• 以太網規定了最短有效幀長爲 64 字節，凡長度小於 64 字節的幀都是由於衝突而異常中止的無效幀。
小結
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
帶碰撞檢測的載波監聽多路訪問協議
先聽再發 邊發邊聽
碰撞停止 隨機延發