CSMA/CD-CSMA/CA

Posted 2021-08-21 bobuddy

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

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

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。