使用广播信道的数据链路层--CSMA/CD 协议

一、CSMA/CD

1、Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 载波监听多点接入/碰撞检测 

2、载波监听：检测信道。在发送数据前，发送数据中，每个站都要不断检测信道

3、多点接入：总线型网络中，计算机以多点接入的方式连接到一根总线上

4、碰撞检测：边发送边监听，改协议是通过电压的变化来检测碰撞是否发生

参考：https://www.bilibili.com/video/BV17p411f7ZZ?p=35

二、该协议冲突检测和解决冲突的机制：

1、假设从A传到B，传输距离为1km（实际中，电磁波在 1km 电缆的传播时延约为 5 μs），会存在时延。单程端到端传播时延用表示，假设在 t=- 的时候B也开始发送数据，发生碰撞，改变信号电压，最后AB分别根据电压的变化检测到是否发生碰撞。

2、A发现冲突的最长时间为2，数据从A发送刚到B的时候B也发送数据，那么A检测到冲突的最长时间为2。所以网线越长发现冲突的时间也越长，从检测冲突角度也可以解析以太网网线一般不会超过100m。

三、CSMA/CD协议的特点：

1、CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信，只能实现双向交替通信（半双工通信）

2、争用期：以太网的争用期为 2，也叫碰撞窗口。通常取51.2 μs为争用期的长度。传统以太网速率为10M/100M，对于10Mb/s以太网，在争用期可以发送512bit（64字节）的数据，以太网在发送前64字节未发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突

3、最短有效帧：如果发生冲突，那么一定是发生在前64个字节。以太网规定了最短有效帧为64字节，如果需要发送的数据不足64帧则会在后面补零填充。凡是小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

四、二进制指数类型退避算法

发生碰撞之后的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机发送时间再发送数据，基本退避时间为2

假设A向B发送数据发送冲突：

第一次重传，K=1，集合S为 [0，1]

A和B在S集合中分别随机取一个数记为r1和r2，A重传所需的时延为 r1*2，B重传所需的时延为 r2*2

假设第一次重传失败，则进行第二次重传，K=2，集合S为[0，1，2，3]

A和B在S集合中分别随机取一个数记为r1和r2，A重传所需的时延为 r1*2，B重传所需的时延为 r2*2

... ...

假设第11次重传失败，则进行第二次重传，K=Min(11，10)=10，集合S为[0，1，2，，，2^10-1]

A和B在S集合中分别随机取一个数记为r1和r2，A重传所需的时延为 r1*2，B重传所需的时延为 r2*2

直到重传次数到16次仍然不成功则丢弃该帧，并向高层报告。

重传次数没有到10的时候，随着重传次数的增加，集合S越来越大（重传次数超过10集合大小不该变），AB从中随机选择的数相同的可能性就越小，重传时延一致的可能性越小，那么重传成功率越大。

附加题： 

最后

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