CSMA/CD和CSMA/CA

一、CSMA/CD（边听边说）

CSMA/CD协议（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）即载波帧听，多路访问/冲突检测

CSMA/CD的算法描述：

如果链路是空闲的，则可以发送并同时检测冲突
如果链路是忙的，则继续侦听，直到检测到链路空闲
如果在发送过程中检测到冲突，则停止当前帧的发送，发阻塞信号，等待一段选定的时间(由退避算法决定)

CSMA/CD退避算法：

对每一个帧，当第一次发生冲突时，设置参数L=2
退避间隔取1到L个时间片中的一个随机数
一个时间片等于链路上最大传输延迟的2倍(2T)
当帧重复发生一次冲突时，则将参数L加倍。L的最大值为1024。即当L增加到1024时，L不再增加
帧的最大重传次数为16，超过这个次数，则该帧不再重传，并报告出错

发送站等待的时间：t=R×2T

其中：

2T是争用期，即一个时间片（基本退避时间）
R是1～2 min(k,10)之间的随机数
k是冲突次数，最大为16

例：在10Mbps以太网中，当发送站第二次发生冲突时，可能的退避时间={51.2 us，102.4 us，153.6 us，204.8 us}

最短帧长：争用期内传输的比特数

Lmin=2DV∗R,Lmin:最短数据帧长(bit),R:数据传输速率(bps),D:任意两站点间的最大距离(m),V:电子传播速度(m/s)L_{min}=2\frac{D}{V}*R,Lmin:最短数据帧长(bit),R:数据传输速率(bps),D:任意两站点间的最大距离(m),V:电子传播速度(m/s)Lmin=2VD∗R,Lmin:最短数据帧长(bit),R:数据传输速率(bps),D:任意两站点间的最大距离(m),V:电子传播速度(m/s)

例：某CSMA/CD网络，电缆长2km，数据传输率10Mbps，信号传播速度200m/us，求允许的最短帧长？

Lmin =2×10b/us×2000m÷200m/us=200bit

二、CSMA/CA

CSMA/CA是带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量“避免”

CSMA/CA工作原理：

如果信道空闲，继续等待IFS(帧间隔)时间，然后再侦听信道；如果信道仍然空闲，立即发送数据
如果信道忙，该站点继续侦听信道，直到当前传输完全结束
一旦当前传输结束，站点继续等待IFS时间，然后再侦听信道，如果信道仍然保持空闲，站点按指数后退一个随机长的时间后，发送数据

二进制指数退避算法：

第 i 次退避就在 22+i2^{2+i}22+i个时隙中随机地选择一个，即：第 i 次退避是在时隙 {0, 1, …, 22+i−12^{2+i}-122+i−1} 中随机地选择一个
当时隙编号达到255时（6次避退）不再增加

PS：

第 1 次退避是在 8 个时隙（而不是 2 个）中随机选择一个
第 2 次退避是在 16 个时隙（而不是 4 个）中随机选择一个

三、二者区别

CSMA/CD是带有冲突检测的载波侦听多路访问，发送包的同时可以检测到信道上有无冲突，而CSMA/CD只能尽量避免冲突
CSMA/CD主要适用以太网，CSMA/CA主要适用无线局域网