文章目錄

• 一、 CSMA/CD 協(xié)議
• 二、 傳播時(shí)延對(duì)于 載波監(jiān)聽(tīng) 的影響
• 三、 單程端到端傳播時(shí)延 相關(guān)概念
• 四、 碰撞后重傳時(shí)機(jī) ( 截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)規(guī)避算法 )
• 五、截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)規(guī)避算法 計(jì)算示例
• 六、最小幀長(zhǎng)問(wèn)題

一、 CSMA/CD 協(xié)議

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CSMA/CD 協(xié)議 :

① 全稱(chēng) : Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection , 載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入 / 碰撞檢測(cè) 協(xié)議 ;

② CS : Carrier Sense , 載波監(jiān)聽(tīng) , 每個(gè)站點(diǎn) 發(fā)送數(shù)據(jù)前 , 和 發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中 , 先檢測(cè)總線上是否有其它 站點(diǎn) 在發(fā)送數(shù)據(jù) ;

③ MA : Multiple Access , 多點(diǎn)接入 , 多個(gè) 主機(jī) 連接在同一條 總線 上 ; 該協(xié)議 應(yīng)用于 總線型網(wǎng)絡(luò) 中 ;

④ CD : Collision Detection , 碰撞檢測(cè) , 適配器 一邊發(fā)送 , 一邊監(jiān)聽(tīng) , 檢測(cè)信道上電壓變化 用于 判斷本站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí) , 其它站點(diǎn)是否也在發(fā)送你數(shù)據(jù) ; 由此可以看出 , 該協(xié)議用于 半雙工網(wǎng)絡(luò) 中 ;

電磁波傳輸時(shí)間導(dǎo)致沖突 : 先監(jiān)聽(tīng)了信道 , 但是還是會(huì)發(fā)生沖突 , 電磁波在信道上是以有限速度傳播的 , 如果電磁波沒(méi)有到本站點(diǎn) , 當(dāng)時(shí)檢測(cè)肯定是沒(méi)有信號(hào) , 但是等到本站點(diǎn)向外發(fā)出數(shù)據(jù)時(shí) , 突然檢測(cè)到有信號(hào) , 這里電磁波傳輸?shù)臅r(shí)間差 , 就造成了這種誤差 ;

ALOHA 協(xié)議 與 CSMA 協(xié)議 對(duì)比 :

• ALOHA 協(xié)議 , 不聽(tīng)就說(shuō) ;

• CSMA 協(xié)議 , 先聽(tīng)再說(shuō) ;

• CSMA/CD 協(xié)議 , 先聽(tīng)再說(shuō) , 邊聽(tīng)邊說(shuō) ;

二、 傳播時(shí)延對(duì)于 載波監(jiān)聽(tīng) 的影響

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傳播時(shí)延對(duì)于 載波監(jiān)聽(tīng) 的影響 :

① 前提 : 信道 兩端 是 $A,B$ 兩臺(tái)主機(jī) , 兩個(gè)站點(diǎn) 單程 端到端 , 電磁波 從 $A$ 到 $B$ 傳播 , 需要 $t$ 納秒 ;

② $A$ 發(fā)送數(shù)據(jù)到 $B$ 一半 : $0$ 納秒 時(shí)刻 , $A$ 向 $B$ 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) , 預(yù)計(jì) $t$ 納秒后 , 到達(dá)到 $B$ 站點(diǎn) ;

③ $B$ 發(fā)送數(shù)據(jù)到 $A$ : $B$ 在 $\frac{t}{2}$ 納秒 時(shí)刻 , 突然 $A$ 發(fā)送數(shù)據(jù) , 此時(shí)檢測(cè)到信道沒(méi)有電磁波 , 因?yàn)榇藭r(shí)電磁波還沒(méi)有到達(dá) $B$ 站點(diǎn) ; 因此檢測(cè)到信道沒(méi)有信號(hào)傳輸 ;

④ 出現(xiàn)沖突 : $B$ 如果傳輸數(shù)據(jù) , 肯定會(huì)在某時(shí)刻與 $A$ 已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù) 產(chǎn)生沖突 ; 此時(shí)時(shí)刻時(shí) $\frac{3t}{4}$ 納秒

⑤ 碰撞 : $B$ 的信號(hào) 與 $A$ 的信號(hào)疊加在一起 , 稱(chēng)為碰撞 ; 此時(shí)兩個(gè)信號(hào)都被污染了 , 無(wú)法解析使用 ;

⑥ $B$ 站點(diǎn)檢測(cè)到碰撞 : $B$ 接收到 碰撞后的信號(hào) , 校驗(yàn)肯定不通過(guò) , 出現(xiàn)幀錯(cuò)誤 , 此時(shí)檢測(cè)到發(fā)生了碰撞 , $B$ 站點(diǎn)暫停數(shù)據(jù)發(fā)送 ; 該時(shí)刻是 $t$ 納秒 ;

⑦ $A$ 站點(diǎn)檢測(cè)到碰撞 : $A$ 接收到 碰撞后的信號(hào) , 校驗(yàn)肯定不通過(guò) , 出現(xiàn)幀錯(cuò)誤 , 此時(shí)檢測(cè)到發(fā)生了碰撞 , $A$ 站點(diǎn)暫停數(shù)據(jù)發(fā)送 ; 此時(shí)時(shí)刻時(shí) $\frac{3t}{2}$ 納秒

三、 單程端到端傳播時(shí)延 相關(guān)概念

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引入一組概念 :

① 單程端到端傳播時(shí)延 : 記作 $\tau$ ;

② 碰撞檢測(cè)最長(zhǎng)時(shí)間 : 站點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)后 , 最多 兩倍的 單程端到端時(shí)延 $2\tau$ 后就可以得知出現(xiàn)了碰撞 ;

③ $2\tau$ 概念 : 又稱(chēng)為 , 總線端到端往返傳播時(shí)延 , 爭(zhēng)用期 , 沖突窗口 , 碰撞窗口 ;

只要經(jīng)過(guò) $2\tau$ 沒(méi)有檢測(cè)到碰撞 , 本次發(fā)送 , 一定沒(méi)有碰撞 ;

四、 碰撞后重傳時(shí)機(jī) ( 截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)規(guī)避算法 )

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截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)規(guī)避算法 :

① 爭(zhēng)用期 : 確定基本退避時(shí)間 , 也就是爭(zhēng)用期 , 兩倍的 單程端到端傳播時(shí)延 $2\tau$ ;

② 重傳次數(shù) : 定義參數(shù) $k$ , 一定程度上相當(dāng)于重傳次數(shù) ;

• $k$ 公式 : $k$ 取值不超過(guò) $10$ , 公式為 $k=min(重傳次數(shù),10)$ ;
• 當(dāng)重傳次數(shù) 不超過(guò) $10$ 時(shí) : $k=重傳次數(shù)$
• 當(dāng)重傳次數(shù) 大于 $10$ 時(shí) : $k=10$ ;

③ 取隨機(jī)數(shù) : 從整數(shù)集合 $[0,2^k?1]$ 中 , 取出隨機(jī)數(shù) $r$ , 重傳時(shí)間就是 $r\times 2\tau$ ;

④ 重傳次數(shù)限制 : 當(dāng)重傳 $16$ 次都失敗時(shí) , 說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)擁塞嚴(yán)重 , 直接丟棄該幀 , 向上層報(bào)告出錯(cuò) ;

示例 :

① 第 $1$ 次重傳 , $k=1$ , 從

$[0,1]$ 區(qū)間中 , 即 $\{0,1\}$

中隨機(jī)取一個(gè)值 , $r$ ;

• 如果 $r=0$ , 重傳時(shí)間是 $0$ ;
• 如果 $r=1$ , 重傳時(shí)間是 $2\tau$ ;

② 第 $1$ 次重傳 , $k=2$ , 從

$[0,3]$ 區(qū)間中 , 即 $\{0,1,2,3\}$

中隨機(jī)取一個(gè)值 , $r$ ;

• 如果 $r=0$ , 重傳時(shí)間是 $0$ ;
• 如果 $r=1$ , 重傳時(shí)間是 $2\tau$ ;
• 如果 $r=2$ , 重傳時(shí)間是 $4\tau$ ;
• 如果 $r=3$ , 重傳時(shí)間是 $6\tau$ ;

③ 第 $3$ 次重傳 , $k=3$ , 從

$[0,7]$ 區(qū)間中 , 即 $\{0,1,2,3,4,5,6,7\}$

中隨機(jī)取一個(gè)值 , $r$ ;

• 如果 $r=0$ , 重傳時(shí)間是 $0$ ;
• 如果 $r=1$ , 重傳時(shí)間是 $2\tau$ ;
• 如果 $r=2$ , 重傳時(shí)間是 $4\tau$ ;
• 如果 $r=3$ , 重傳時(shí)間是 $6\tau$ ;
• 如果 $r=4$ , 重傳時(shí)間是 $8\tau$ ;
• 如果 $r=5$ , 重傳時(shí)間是 $10\tau$ ;
• 如果 $r=6$ , 重傳時(shí)間是 $12\tau$ ;
• 如果 $r=7$ , 重傳時(shí)間是 $14\tau$ ;

五、截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)規(guī)避算法 計(jì)算示例

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在 以太網(wǎng) 二進(jìn)制回退算法中 , 碰撞 $11$ 次后 , 隨機(jī)數(shù) $r$ 的選擇范圍是多少 $?$

隨機(jī)數(shù) $r$ 是根據(jù) 參數(shù) $k$ 確定的 , 參數(shù) $k$ 是重傳次數(shù) 和 $10$ 中較小的值 , 重傳次數(shù) 小于等于 $10$ 次時(shí) , $k=重傳次數(shù)$ , 重傳次數(shù)大于等于 $11$ 次時(shí) , $k=10$ ;

隨機(jī)數(shù) $r$ 的取值范圍是 $[0,2^k?1]$ , 代入 $k=10$ ;

取值范圍是 $[0,2^{10}?1]$ , 隨機(jī)數(shù) $r$ 的 范圍 是 $[0,1023]$ 之間的值 ;

六、最小幀長(zhǎng)問(wèn)題

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檢測(cè)到碰撞時(shí) , 需要暫停幀的發(fā)送 , 如果幀太短 , 就會(huì)導(dǎo)致一次性發(fā)送完畢 , 無(wú)法暫停 , 這里需要在檢測(cè)到碰撞時(shí) , 幀還沒(méi)有發(fā)送結(jié)束 ;

幀的傳輸時(shí)延 至少要 大于 $2\tau$ ;

$幀的傳輸時(shí)延=\frac{幀長(zhǎng)度(比特)}{數(shù)據(jù)傳輸速率}$

$\frac{幀長(zhǎng)度(比特)}{數(shù)據(jù)傳輸速率}\ge 2\tau$

$幀長(zhǎng)度(比特)\ge 2\tau \times 數(shù)據(jù)傳輸速率$

最小幀長(zhǎng)度是 $2\tau \times 數(shù)據(jù)傳輸速率$ 比特 ;

以太網(wǎng) 規(guī)定 最短幀長(zhǎng)度是 64 字節(jié) , 小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突終止的無(wú)效幀 ;

總結(jié)

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