载波侦听多路访问技术解决总线共享方法

载波侦听多路访问技术解决总线共享方法

端木占军

摘要:以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴电缆作为公共传输总线，所有计算机共享一条总线，如何协调实现共享，成为以太网要解决的首要问题。

关键词：退避算法，争用期，载波侦听多路访问

1引言

在以太网中，任何结点都可以随机地向总线发送信息，并且网中不存在集中控制的结点，这种介质访问控制属于随机争用型方法。所有的结点都直接连到公共信道上发送和接收数据，因此，对信道的访问是以多路访问方式进行的。任一结点都可以将数据帧发送到总线上，而所有连接在信道上的结点都能检测到该帧，因此，我们说以太网是一种广播网络。当目的结点检测到该数据帧的目的地址(MAC地址)为本结点地址时，就接收该帧，同时给源结点返回一个响应信号，其他结点不接收该帧。

2产生冲突的原因

电磁波在总线上是以有限的速率传播的，当某站点A已经往总线里发送信号，信号正在传输，未到达站点B时，站点B这时监听不到总线有信号，认为总线空闲，它也往总线发送信号，从而产生了冲突。

3本文的算法

3.1概述

3.2建立一个数据模型

假定A到B的距离是1km，信号从A传到B的时间τ=5μs。

(1)t=0时，A开始发送信号，因信号还没到达B，所有B检测到总线空闲

(2)(2)t=3μs，A信号还没到达B，B检测到总线空闲，发送信号。

(3)(3)t=4μs，A和B发生碰撞。

(4)(4)t=5μs，B检测到发生碰撞。

(5)(5)t=8μs，A检测到碰撞。

3.3争用期碰撞概率

在这，τ成为端到端时延(一般取以太网中距离最远的站点间的时延)，2τ称为以太网端到端往返的时延，称为争用期，因为这段时间里会发生冲突，如果一次发送在争用期没发生碰撞，那么这次发送就不会发生碰撞。

如果发生碰撞，发送站点不是立即重新发送，要推迟(退避)一个随机时间才能再发送数据，以减少冲突的概率。以太网采用二进制指数类型退避算法来确定退避时间。

3.4算法过程

(1)确定基本退避时间，一般是取为争用期2τ。

(2)定义重传次数k，k≤10，即k=Min[重传次数，[10]。

(3)从整数集合[0，1，...，(2k−1)]中随机地取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间，即2τr。

(4)当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，表明网络太拥挤，要向高层报告。

例如:第一次发生冲突，要进行重传，重传时k=1，再重传k=2，依此类推到k=16。当k=1时，r=0或1，退避时间为0或2τ;当k=2时，r=0，1，2，3，退避时间为随机选择0，2τ，4τ，6τ中的任一个，依此类推，第i次发生冲突，退避时间为随机选择0~(2i−1)倍的2τ中的一个。

以太网的争用时间为51.2μs，是根据信号的速率和以太网中距离最远的站点间的距离计算得来。对于10Mbit/s的标准以太网，争用期内大概可以发送64B，如果某个站点已经成功发送了64B的数据，接下来发送的数据再也不会发生冲突了。反过来说，站点一旦检测到冲突，立即停止发生数据，那么它发送出去的数据一定小于64B。因此，以太网内传输小于64B的数据的包，会被认为是发生了冲突。为了确保所有计算机在数据发送完毕之前，都能接收到冲突信号，以太网规定最小有效帧为64B。同时还规定了最大帧，因为如果某个站点发送特长的数据帧，那其他站点就必须等待很长的时间才能发送数据，对于站点不公平。

3.4试验结果

发送站点在发送数据时要同时侦听总线，若侦听到总线有干扰信号，则表示产生了冲突，于是就要停止发送数据，计算出退避等待时间并等待，再准备重新发送信息。发送站点一面将信息发送到总线上，一面用接收器从总线上接收信息。如果两者相同，则继续发送;如果不一致，说明发生了冲突，应停止发送信息，并发送干扰信号警告所有的其他站点。

当有两个或更多的结点在同一时间发送了数据，在信道上就造成了帧的重叠，导致冲突出现。为了克服这种冲突，以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)技术，来解决总线的共享问题。CSMA/CD协议是IEEE802.3的核心协议，采取随机争用型的介质访问控制方法。应用于局域网的MAC子层，它能协调同一时间内只有一台计算机在使用总线发送数据。