[计算机网络-数据链路层] CSMA、CSMA/CA、CSMA/CD详解

1.CSMA（载波侦听多路访问协议）

　　CSMA 当其他节点检测到信道被占用时不发送数据。但是当数据发送完后其他节点同时检测到信道为空闲，之后又在同一时刻发送数据，可能再次产生冲突。

2.CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问协议）

　　由于以太网（Ethernet）成为现存局域网络结构的绝大多形式，CSMA/CD（Carrier Sense Multiple ACcess/Collision Detection）载波监测多址接人协议也成为局域网采用最多的MAC协议。CSMA/CD适宜于总线型局域网拓扑结构的随机竞争型媒体访问控制。总线型网络允许同一时刻只有一个节点（Node）发送数据，一旦两个或以上节点同时发送数据，则会发生数据碰撞，数据不能正常发送和接收。CSMA/CD协议就是尽可能保证网络上同时只有一个节点发送数据，减小数据“碰撞”概率。

　　CSMA/CD工作过程

　　当MAC收到LLG发来的数据以后，首先监测网络电缆上是否具有数据，即载波传送。

　　发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲 则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续侦听.若侦听到冲突,则立即停止发送数据。等待一段随机时间（通过二进制指数回退算法）,再重新尝试。

　　先听后发，边发边听，冲突停发，随即延迟后重发

　　CSMA/CD使用条件

　　L/R >= 2*T（L为发送数据包的大小，R为带宽，T为从发送端到接收端的传播时延）。

3.CSMA/CA协议（带冲突避免的载波侦听多路访问协议）

　　CSMA作为随机竞争类MAC协议，算法简单而且性能丰富，所以在实际局域网的使用中得到了广泛的应用。但是在无线局域网中，由于无线传输媒体固有的特性及移动性的影响，无线局域网的MAC在差错控制、解决隐藏终端等方面存在应有别于有线局域网。因此WLAN与有线局域网所采用的CSMA备一定的差异。WLAN采用CSMA/CA（CSMA/Collision　Avoidance）协议，其与CSMA/CD最大的不同点在于其采取避免冲突工作方式。

　　与CSMA/CD不同，WLAN媒体访问控制（MAC）层采用的CSMA/CA（CSMA/Collision Avoidance）协议，由于在RF传输网络中冲突检测比较困难，所以该协议用避免冲突检测代替802.3协议使用的冲突检测，采用冲突避免机制尽量减小冲突碰撞发生的概率，以提高网络吞吐性能与迟延性能。协议使用信道空闲评估（CCA）算法来决定信道是否空闲，通过测试天线能量和决定接收信号强度RSSI来完成，并且使用RTS、CTS和ACK帧减少冲突。数据加密与普通局域网的等同加密（WEP）算法一样，使用64位密钥和RC4加密算法。

　　CSMA/CA工作过程

　　当发射端希望发送数据时，首先检测介质是否空闲，若是介质为空闲时，送出RTS（Request To Send请求发送），RTS信号包括发射端的地址、接收端的地址、下一笔数据将持续发送的时间等信息，接收端收到RTS信号后，将响应短信号CTS（Clear To Send），CTS信号上也RTS内记录的持续发送的时间，当发射端收到CTS包后，随即开始发送数据包。接收端收到数据包后，将以包内的CRC（CyClic Redundancy Check，循环冗余校验）的数值来检验包数据是否正确，若是检验结果正确时，接收端将响应ACK包，告知发射端数据己经被成功地接收。当发射端没有收到接收端的ACK包时，将认为包在传输过程中丢失，而一直重新发送包。

4.CSMA/CA与CSMA/CD的区别

　　（1）载波检测方式：因传输介质不同，CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。

　　（2）信道利用率比较CSMA/CA协议信道利用率低于CSMA/CD协议信道利用率。但是由于无线传输的特性，在无线局域网不能采用有线局域网的CSMA/CD协议。信道利用率受传输距离和空旷程度的影响，当距离远或者有障碍物影响时会存在隐藏终端问题，降低信道利用率。

　　具体最高的信道利用率与传输速率有关。在IEEE802.11b无线局域网中，在1Mb/s速率时最高信道利用率可到90%，而在11Mb/s时最高信道利用率只有65%左右。