什么是载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议

什么是载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议

发展背景（出因）：

在总线和环形拓扑中，网络上的设备必须共享传输线路，为解决同一时间几个设备同时争用传输介质，需要有某种访问控制方式，以便协调各设备访问介质的顺序，在设备之间交换数据。

在总线系统中，每个站都能独立地决定帧的发送，若两个或多个站同时发送，就产生冲突，同时发送的所有帧都会出错。因此一个用户发送信息成功与否在很大程度上取决于总线是否空闲的算法以及两个不同节点同时发送的分组发生冲突时所使用和中断传输的方法，总线争用技术分为载波监听多路访问(CSMA)和具有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)这两大类。载波监听多路访问(CSMA)的技术，也叫做先听后说(LBT)，希望传输的站首先对信道进行监听以确定是否有别的站在传输。如果信道空闲，该站可以传输，否则，该站将避让一段时间后再尝试。需要有一种退避算法来决定退让时间。常用的有三种算法。1、非坚持CSMA；2、1-坚持CSMA；3、P-坚持CSMA。

通信中对介质的访问可以是随机的，即各工作站可以在任何时刻、任意地访问介质;也可以是受控的，即各工作站可以用一定的算法调整各站访问介质的顺序和时间。在随机访问方式中，常用的争用总线技术为CSMA/CD.

这种控制方式对任何工作站都没有预约发送时间，工作站的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，故称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆而遭破坏，称为“冲突”。为尽量避免由于竟争引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波监听”。

CSMA是从一种叫ALOHA的控制协议演变而来的，之所以要采用这种控制协议，是因为当许多用户共享一个容量为C b/s的信道时，如果两个或更多的用户同时都在共享信道上发送信息，这样就会产生冲突。习惯上把这种冲突叫做碰撞。碰撞的产生会导致冲突的用户发送都告失败。如图所示:

由图可知，一个帧若要发送成功，必须在发送时刻之前和之后各有一段时间T0内没有其他帧的发送，否则就必然产生冲突而导致失败。这样，一个帧发送成功的条件就是该帧与该帧前后的两个帧到达的时间间隔大于T0.

基本定义或原理：

载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)：在CSMA中，由于通道的传播延迟，当两个站点监听到总线上没有存在信号而发送帧时，仍会发生冲突。由于CSMA算法没有冲突检测功能，即使冲突己发生，仍然要将已破坏的帧发送完，使总线的利用率降低。

一种CSMA的改进方案是使站点在传输时间继续监听媒体，一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串短的阻塞报文(Jam),通知总线上各站冲突己发生，这样通道容量不致因白白传送己受损的帧而浪费，可以提高总线的利用率，这就称作载波监听多路访问/冲突检测协议，简写为CSMA/CD,这种协议己广泛应用于以太网和IEEE802.3标准中。

此时，浪费掉的带宽就减少为用检测冲突所花费的时间。那么，怎么来估算所需的冲突检测时间呢?对于基带总线而言，此时用于检测一个冲突的时间等于任意两个站之间最大的传播延迟的两倍，所以对于基带CSMA/CD，要求分组长度应该至少两倍于传播延迟，否则在检测出冲突之前传输已经完成，但实际上分组被冲突所破坏。

应用：CSMA/CD是用争用的方法来决定对介质的访问权。而这种争用协议一般用于总线网。载波监听多路访问(CSMA) 发展情况及存在问题：

CSMA/CD总线网络中的一个关键技术问题是冲突控制或冲突分解问题，即由于发送冲突而遭碰撞的报文要经过一段随机延时后重发，典型的冲突控制算法，亦即后退算法有以下五种:二进制指数后退算法BEB、多项式后退算法PB、线性增值后退算法LIB、固定平均后退算法FMB、顺序后退算法OB.