文章目錄

• 一、 CSMA/CD 協議
• 二、 傳播時延對于 載波監聽 的影響
• 三、 單程端到端傳播時延 相關概念
• 四、 碰撞后重傳時機 ( 截斷二進制指數規避算法 )
• 五、截斷二進制指數規避算法 計算示例
• 六、最小幀長問題

一、 CSMA/CD 協議

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CSMA/CD 協議 :

① 全稱 : Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection , 載波監聽多點接入 / 碰撞檢測 協議 ;

② CS : Carrier Sense , 載波監聽 , 每個站點 發送數據前 , 和 發送數據過程中 , 先檢測總線上是否有其它 站點 在發送數據 ;

③ MA : Multiple Access , 多點接入 , 多個 主機 連接在同一條 總線 上 ; 該協議 應用于 總線型網絡 中 ;

④ CD : Collision Detection , 碰撞檢測 , 適配器 一邊發送 , 一邊監聽 , 檢測信道上電壓變化 用于 判斷本站點發送數據 時 , 其它站點是否也在發送你數據 ; 由此可以看出 , 該協議用于 半雙工網絡 中 ;

電磁波傳輸時間導致沖突 : 先監聽了信道 , 但是還是會發生沖突 , 電磁波在信道上是以有限速度傳播的 , 如果電磁波沒有到本站點 , 當時檢測肯定是沒有信號 , 但是等到本站點向外發出數據時 , 突然檢測到有信號 , 這里電磁波傳輸的時間差 , 就造成了這種誤差 ;

ALOHA 協議 與 CSMA 協議 對比 :

• ALOHA 協議 , 不聽就說 ;

• CSMA 協議 , 先聽再說 ;

• CSMA/CD 協議 , 先聽再說 , 邊聽邊說 ;

二、 傳播時延對于 載波監聽 的影響

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傳播時延對于 載波監聽 的影響 :

① 前提 : 信道 兩端 是 $A,B$ 兩臺主機 , 兩個站點 單程 端到端 , 電磁波 從 $A$ 到 $B$ 傳播 , 需要 $t$ 納秒 ;

② $A$ 發送數據到 $B$ 一半 : $0$ 納秒 時刻 , $A$ 向 $B$ 發送數據時 , 預計 $t$ 納秒后 , 到達到 $B$ 站點 ;

③ $B$ 發送數據到 $A$ : $B$ 在 $\frac{t}{2}$ 納秒 時刻 , 突然 $A$ 發送數據 , 此時檢測到信道沒有電磁波 , 因為此時電磁波還沒有到達 $B$ 站點 ; 因此檢測到信道沒有信號傳輸 ;

④ 出現沖突 : $B$ 如果傳輸數據 , 肯定會在某時刻與 $A$ 已經發送的數據 產生沖突 ; 此時時刻時 $\frac{3t}{4}$ 納秒

⑤ 碰撞 : $B$ 的信號 與 $A$ 的信號疊加在一起 , 稱為碰撞 ; 此時兩個信號都被污染了 , 無法解析使用 ;

⑥ $B$ 站點檢測到碰撞 : $B$ 接收到 碰撞后的信號 , 校驗肯定不通過 , 出現幀錯誤 , 此時檢測到發生了碰撞 , $B$ 站點暫停數據發送 ; 該時刻是 $t$ 納秒 ;

⑦ $A$ 站點檢測到碰撞 : $A$ 接收到 碰撞后的信號 , 校驗肯定不通過 , 出現幀錯誤 , 此時檢測到發生了碰撞 , $A$ 站點暫停數據發送 ; 此時時刻時 $\frac{3t}{2}$ 納秒

三、 單程端到端傳播時延 相關概念

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引入一組概念 :

① 單程端到端傳播時延 : 記作 $\tau$ ;

② 碰撞檢測最長時間 : 站點發出數據后 , 最多 兩倍的 單程端到端時延 $2\tau$ 后就可以得知出現了碰撞 ;

③ $2\tau$ 概念 : 又稱為 , 總線端到端往返傳播時延 , 爭用期 , 沖突窗口 , 碰撞窗口 ;

只要經過 $2\tau$ 沒有檢測到碰撞 , 本次發送 , 一定沒有碰撞 ;

四、 碰撞后重傳時機 ( 截斷二進制指數規避算法 )

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截斷二進制指數規避算法 :

① 爭用期 : 確定基本退避時間 , 也就是爭用期 , 兩倍的 單程端到端傳播時延 $2\tau$ ;

② 重傳次數 : 定義參數 $k$ , 一定程度上相當于重傳次數 ;

• $k$ 公式 : $k$ 取值不超過 $10$ , 公式為 $k=min(重傳次數,10)$ ;
• 當重傳次數 不超過 $10$ 時 : $k=重傳次數$
• 當重傳次數 大于 $10$ 時 : $k=10$ ;

③ 取隨機數 : 從整數集合 $[0,2^k?1]$ 中 , 取出隨機數 $r$ , 重傳時間就是 $r\times 2\tau$ ;

④ 重傳次數限制 : 當重傳 $16$ 次都失敗時 , 說明網絡擁塞嚴重 , 直接丟棄該幀 , 向上層報告出錯 ;

示例 :

① 第 $1$ 次重傳 , $k=1$ , 從

$[0,1]$ 區間中 , 即 $\{0,1\}$

中隨機取一個值 , $r$ ;

• 如果 $r=0$ , 重傳時間是 $0$ ;
• 如果 $r=1$ , 重傳時間是 $2\tau$ ;

② 第 $1$ 次重傳 , $k=2$ , 從

$[0,3]$ 區間中 , 即 $\{0,1,2,3\}$

中隨機取一個值 , $r$ ;

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

③ 第 $3$ 次重傳 , $k=3$ , 從

$[0,7]$ 區間中 , 即 $\{0,1,2,3,4,5,6,7\}$

中隨機取一個值 , $r$ ;

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

五、截斷二進制指數規避算法 計算示例

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在 以太網 二進制回退算法中 , 碰撞 $11$ 次后 , 隨機數 $r$ 的選擇范圍是多少 $?$

隨機數 $r$ 是根據 參數 $k$ 確定的 , 參數 $k$ 是重傳次數 和 $10$ 中較小的值 , 重傳次數 小于等于 $10$ 次時 , $k=重傳次數$ , 重傳次數大于等于 $11$ 次時 , $k=10$ ;

隨機數 $r$ 的取值范圍是 $[0,2^k?1]$ , 代入 $k=10$ ;

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

六、最小幀長問題

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檢測到碰撞時 , 需要暫停幀的發送 , 如果幀太短 , 就會導致一次性發送完畢 , 無法暫停 , 這里需要在檢測到碰撞時 , 幀還沒有發送結束 ;

幀的傳輸時延 至少要 大于 $2\tau$ ;

$幀的傳輸時延=\frac{幀長度(比特)}{數據傳輸速率}$

$\frac{幀長度(比特)}{數據傳輸速率}\ge 2\tau$

$幀長度(比特)\ge 2\tau \times 數據傳輸速率$

最小幀長度是 $2\tau \times 數據傳輸速率$ 比特 ;

以太網 規定 最短幀長度是 64 字節 , 小于 64 字節的幀都是由于沖突終止的無效幀 ;

總結

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