CSMACD协议退避机制分析

1、CSMA/C协议退避机制分析1.1 EEE 802.3 MAC层协议概述以太网系统由3个基本单元组成：物理介质，用于传输计算机之间的以太网信号；媒体访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得计算机可以公平地使用共享以太网信道；以太帧，由一组标准比特位构成， 用于传输数据。1.1 IEEE 802.3 协议结构在所有IEEE 802协议中，OSI数据链路层被划分为两个 IEEE 802子层，即：媒体访问控制（ MAC ）子层 和MAC客户端子层。IEEE 802.3物理层对应于 OSI参考模型的物理层。MAC子层有以下几个基本职能。1.1.1数据封装发送和接收数据封装。包括成帧、编址和差错检

2、测等。当LLC子层请求发送一帧时， MAC子层的发送数据封装部分用LLC子层所提供的数据结构组帧，它将一个前导码P和一个帧起始定界符 SFD附加到帧的开头部分，还将PAD附加到结尾部分，以确保传送帧的长度满足最小帧长的要求，它还要附加目的地址和源地址， 长度计数字段和帧校验序列，然后把组成的帧交给MAC子层的发送媒体访问管理部分以供发送。1.1.2发送媒体访问管理借助于监视物理层收发信号（ PLS）部分提供的载波监听信号，发送媒体访问管理设法避免发送信号与媒体上其他信息发生冲突。在媒体空闲时，经短暂的帧间延迟（提供给媒体恢复时间）之后，就启动帧发送，然 后，MAC子层将串行位流送给 PLS接口

3、以供发送，PLS完成产生媒体上电信号的任务。同时，监视媒体和产 生冲突检测信号。在没有争用的情况下，即完成发送。完成发送后，MAC子层通过LLC与MAC间的接口通知LLC子层，等待下一个发送请求。假如产生冲突，PLS接通冲突检测信号，接着发送媒体访问管理开始处理冲突。首先，它发送一个称为阻塞（Jam）的位序列来强制冲突，这就保证了有足够的冲突持续时间，以使其他与冲突有关的发送站都得到通知，在阻塞信号结束时，发送媒体访问管理就停止发送。发送媒体访问管理在随机选择的时间间隔后再进行重发尝试，在重复的冲突面前反复进行重发尝试，发送媒体 访问管理用二进制位数指数退避算法调整媒体负载。然后，或者重发成功

4、，或者媒体故障或过载的情况下，放 弃重发尝试。1.1.3接收媒体访问管理的帧是否错误，帧长是否超过最大长度，是否为 过滤掉。首先由PLS检测到达帧，使接收与前导码同步，并接通载波监听信号。接收媒体访问管理部件要检测到达8位的整倍数，还要过滤冲突的信号，即把小于最小长度的帧1.1.4接收数据解封这一部分检验帧的目的地址字段，决定本站是否应该接收该帧，如地址符合，将送到LLC子层，并进行差错检验。媒体访问控制（MAC ）客户端子层可能是以下一种。逻辑链路控制（LLC）：提供终端协议栈的以太网 MAC和上层之间的接口，其中LLC由IEEE 802.2标准定义。网桥实体：提供局域网之间的LAN -to

5、- LAN接口，可以使用同种协议（如以太网到以太网）和不同的协议（如以太网到令牌环）之间。网桥实体由IEEE 802.1标准定义。1.2以太网基本工作原理以太网上的每台计算机都能独立运行，不存在中心控制器。连接到以太网的所有工作站都接入共享信令系 统，又称为介质。要发送数据时，工作站首先监听信道，如果信道空闲，即可以以太帧或数据包格式传输数据。 每帧传输完毕之后，各工作站必须公平争取下一帧的传输机会。对于共享信道的访问取决于嵌入到每个工作站 的以太网接口的媒体访问控制机制。该机制建立在载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD ）基础上。2. CSMA/CD协议的具体分析IEEE 802.3是

6、一个使用CSMA /CD媒体访问控制方法的 LAN的综合性标准。从逻辑上可以划分为两大部 分：数据链路层的媒体访问控制子层（MAC ）和物理层。它严格对应于 ISO开放系统互连模式的最低两层。LLC子层和MAC子层在一起完成0SI模式的数据链路层的功能。2.1协议规则（如图1）2.1.1载波侦听通过专门的检测机构在站点准备发送前先侦听一下总线 上是否有数据正在传2.1.2冲突检测数据发送后也可能发生数据碰撞，因此要对数据边发送边 接收以判断是否冲突了。2.1.3干扰（拥挤）发送特殊阻塞信息并立即停止发送数据特，殊阻塞信息是 连续几个字节的全1信号，此举意在强化冲突，使得其它设备 能尽快检测到冲

7、突发生。2.1.4等待在固定时间内等待随机的时间再次发送，若碰撞依旧，则 采用退避算法进行发送。图1 CSMA/CD协议流程2.2具体退避机制CSMA/CD协议使用的退避算法称为二进制指数类型退避算法，具体进行如下：2.2.1确定基本退避时间（基数），一般定为2 T,也就是一个争用期时间（在总线传输线路上，单程端到端的传输时延记做t。一个站点在发岀数据到接收到线路冲突的时间小于等于2倍T,也就是时延为2 T，这个时间被称为争用期）,对于以太网就是51.2S。2.2.2定义一个参数 K，为重传次数，K = min重传次数，10，可见K 10。2.2.3从离散型整数集合0，1，2，（2Ak 1）中

8、，随机取出一个数记做R。那么重传所需要的退避时间为R倍的基本退避时间：即：T = RX 2 to2.2.4同时，重传也不是无休止的进行，当重传16次不成功，就丢弃该帧，传输失败，报告给高层协议。如：第一次冲突，随机退避常数为01(2A1 - 1)第二次冲突，随机退避常数为03(2A2 - 1)第三次冲突，随机退避常数为07(2A3 - 1)第十次冲突，随机退避常数为01023(2A10 -1)直到第十八次，该常数 直保扌寸为01023如此可见，重传数次越多，则退避的时间就越长，称为动态退避。2.3有效性及公平性评价该机制中所有站点共享一条传输线路（总线），每个站点在传输数据之前都要侦听线路上是否空闲，当多个站点要求接入信道，而MAC协议没有对某个站点显示出倾向性，则说明此协议具有公平性。另外，由于CSMA/CD协议可以一边检测冲突，一边收发数据，一旦检测到冲突，立即停止数据收发，并且退避时间为随 机