CSMA协议

核心思想

CSMA (载波监听多路访问) 的核心思想是 ” 先听后发 “。站点在发送数据前, 先监听信道是否空闲。

监听策略 (坚持算法)

根据监听到信道忙时的处理策略不同, 可分为:

1. 1- 坚持 CSMA (1-persistent):

   • 若信道忙, 继续持续监听, 直到信道空闲。
   • 若信道空闲, 立即 (概率 1) 发送数据。
   • 缺点: 若有两个或更多站点同时等待, 一旦空闲就会同时发送, 必然冲突。

2. 非坚持 CSMA (Non-persistent):

   • 若信道忙, 放弃监听, 等待一个随机时间后再重新监听。
   • 优点: 减少了冲突概率。
   • 缺点: 增加了数据在网络中的延迟, 信道利用率可能降低。

3. p- 坚持 CSMA (p-persistent):

   • 适用于分时隙的信道。
   • 若信道空闲, 以概率 $p$ 发送数据, 以概率 $1-p$ 推迟到下一时隙。
   • 若信道忙, 则等待下一时隙重新监听。

CSMA 的改进版本

CSMA/CD (碰撞检测)

CSMA-CD

• 原理：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。 重点
• 应用于以太网。
• 争用期 (Slot Time)：端到端往返时延 $2\tau$。
• 最短帧长：$L_{min}=2\tau \times \text{数据传输速率}$。以太网规定为 64 字节。

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CSMA/CA (碰撞避免)

CSMA-CA

CSMA/CA (载波监听多路访问/碰撞避免) 协议主要用于 无线局域网 (802.11)。由于无线信道的特性 (发送信号强度远大于接收信号), 硬件上实现碰撞检测 (CD) 非常困难, 因此采用碰撞避免 (CA)。

核心机制

为了尽量减少碰撞发生的概率, CSMA/CA 采用了以下机制:

1. 预约信道: 发送方在发送数据前先广播 RTS (请求发送) 控制帧, 接收方若空闲则回送 CTS (允许发送) 控制帧。
   • 告知其他站点占用信道的时间。
   • 解决 隐蔽站与暴露站问题。
2. ACK 确认帧: 接收方收到数据后, 必须回送确认帧 ACK。若未收到 ACK, 发送方重传。
3. IFS (帧间间隔): 所有的站完成发送后, 必须等待一段很短的时间 (IFS) 才能发送下一帧。
   • 高优先级帧等待时间较短 (如 SIFS)。
   • 低优先级帧等待时间较长 (如 DIFS)。
4. 退避算法: 若信道忙, 则执行二进制指数退避算法, 延迟一段时间后重试。

与 CSMA/CD 的区别

• CSMA/CD: 用于有线以太网, 边听边发, 发生冲突立即停止。
• CSMA/CA: 用于无线局域网, 无法检测碰撞, 只能尽量避免; 发送后需等待 ACK 确认。 重点

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