CSMA/CD实现载波监听多路访问与冲突检测

最初，美国施乐（Xerox）公司的Palo Alto 研究中心（简称为PARC）于1975年研制成功采用CSMA 技术以无源的电缆作为总线来传送数据帧，其速率可达2.94 Mb/s，并以曾经在历史上表示传播电磁波的以太（Ether）来命名。1981年，施乐公司与数字装备公司（Digital）以及英特尔（Intel）公司合作，联合提出了以太网的规约，并增加了检测碰撞功能，称之为CSMA/CD。IEEE802.3 是对以太网的标准化。

CSMA/CD 方法争用信道的过程如图4-5所示。

图4-5　CSMA/CD 工作流程

（1）以太网的数据信号是按差分曼彻斯特方法编码，因此如总线上存在电平跳变，则判断为总线忙，否则判断为总线空闲。网络中任何一个工作站在发送信息前，要侦听网络中有无其他工作站在发送信号，如果信道是空闲的，则发送。

（2）如果信道忙，即信道被占用，则继续侦听，此工作站要等一段时间再争取发送权。直到检测到信道空闲后，才能发送信息。查看信道有无载波监听，而多路访问指多个工作站共同使用一条线路。

当侦听到信道已被占用时，等待时间可由两种方法确定。一种是当某工作站检测到信道被占用后继续检测，一直到信道出现空闲后立即发送，这种方法称为持续的载波监听多路访问。另一种是检测到信道被占用后，等待一个随机时间后再进行检测，直到信道出现空闲后再发送，这种方法称为非持续的载波监听。(www.xing528.com)

（3）当一个工作站开始占用信道进行信息发送时，再用冲突检测器继续对网络监测一段时间，即一边发送，一边监听，把发送的信息与监听的信息比较，如果结果一致，则说明发送正常，抢占总线成功，可继续发送。如果结果不一致，则说明有冲突，应立即停止发送，这样做可避免因传送已损坏的帧而浪费信道容量。

（4）如果在发送信息过程中检测出冲突，即发送信息和接收到的信息不一致，则要进入发送“冲突加强信号”阶段，此时要向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲突已发生。采用冲突加强措施的目的是确保有足够的冲突持续时间，以使网中所有节点都能检测出冲突存在，废弃冲突帧，减少因冲突浪费的时间，提高信道利用率，冲突加强中发送的阻塞信号一般为4 字节的任意数据。等待一个随机时间后，再重复上述过程进行发送。如果线路上最远两个站点信息包传送延迟时间为d，碰撞窗口时间一般为2d。

如果在几乎相同的时刻，有两个或两个以上节点发送了数据帧，就会产生冲突，冲突检测的方法有两种，比较法和编码违例判决法。所谓比较法就是发送节点发送数据的同时，将其发送信号的波形与从总线上接收到的波形进行比较，如果总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，他们叠加后的信号波形将不等于任何节点发送的波形信号。所谓编码违例判决法只检测从总线上接收到的信号波形，如果总线上只有一个节点发送数据，则从总线上接收波形一定符合差分曼彻斯特方法编码规律。

CAMA/CD 的接收过程比较简单，总线上的工作站总在监听总线，一旦有信息传输，就接收信息。节点对接收信息的信号进行检测，如果发现信号畸变，说明在发送的过程中出现了冲突，这时候应立即停止接收，并将接收到的信息删除。如果在整个接收过程中没有冲突发生，站点收下数据，再分析和判断该帧携带的目的地址，如果目的地址是本机地址，则复制该帧，否则丢弃该帧。

CSMA/CD 控制方式的优点是原理比较简单，技术上容易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，在网络负荷较轻时效率较高。

CSMA/CD 控制方式的缺点是不能保证在一个确定时间内把信息发到对方而不发生碰撞，不适宜要求实时性强的应用。总线对负荷很敏感，负荷增大时，效率下降。