CSMACA协议和CSMACD协议

无线网络技术新进展一、比较CSMA/CA和CSMA/CD协议中CS、MA、CA(CD)的异同点？（1）载波侦听多路访问／冲突检测（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）此方案要求设备在发送帧的同时要对信道进行侦听，以确定是否发生冲突，若在发送数据过程中检测到冲突，则进行如下冲突处理操作：发送特殊阻塞信息并立即停止发送数据：特殊阻塞信息是连续几个字节的全1信号，此举意在强化冲突，以使得其它设备能尽快检测到冲突发生。在固定时间（一开始是1contentionperiodtimes）内等待随机的时间，再次发送。若依旧碰撞，则采用截断二进制指数避退算法进行发送。即十次之内停止前一次“固定时间”的两倍时间内随机再发送，十次后则停止前一次“固定时间”内随机再发送。尝试16次之后仍然失败则放弃传送。此方案应用于以太网(DIXEthernetV2)标准，IEEE802.3标准（2）载波侦听多路访问／冲突避免（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA）此种方案采用主动避免碰撞而非被动侦测的方式来解决冲突问题。可以满足那些不易准确侦测是否有冲突发生的需求，如无线局域网。CSMA/CA协议主要使用两种方法来避免碰撞：设备欲发送帧，且侦听到信道空闲时，维持一段时间后，再等待一段随机的时间依然空闲时，才送出资料。由于各个设备的等待时间是分别随机产生的，因此很大可能有所区别，由此可以减少冲突的可能性。RTS-CTS握手（handshake）：设备欲发送帧前，先发送一个很小的RTS（RequesttoSend）帧给目标端，等待目标端回应CTS（CleartoSend）帧后，才开始传送。此方式可以确保接下来传送资料时，不会发生冲突。同时由于RTS帧与CTS帧都很小，让传送的无效开销变小。此方案应用于无线局域网的IEEE802.11标准。（3）无线局域网标准802.11的MAC和802.3协议的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。在802.3协议中，是由一种称为CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)的协议来完成调节，这个协议解决了在Ethernet上的各个工作站如何在线缆上进行传输的问题，利用它检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要进行数据传送时网络上的冲突。在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为Near/Far现象，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。鉴于这个差异，在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整，采用了新的协议CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)或者DCF(DistributedCoordinationFunction)。CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。（4）CSMA/CD和CSMA/CA的主要差别CSMA/CD：带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法“避免”。CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量‘避免’；1.两者的传输介质不同,CSMA/CD用于总线式以太网,而CSMA/CA则用于无线局域网802.11a/b/g/n等等；2.检测方式不同,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；3.WLAN中，对某个节点来说，其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度，也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉；4.本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突；综上，在WLAN中实现CSMA/CD是比较困难的。二、为什么CSMA/CA协议中退避计时器在检测到信道忙时要冻结？若不冻结，结果会怎样？答：1、IEEE802.11协议指出,物理层必须有至少一种提供空闲信道估计CCA信号的方法。IEEE802.11MAC采用的基本的CSMA/CA算法非常简单:当监测到信道空闲期间大于某一帧间隔(IFS)后立即开始发送帧;否则延迟接入直至监测到需要的帧间隔,然后选择退避时延进入退避;退避结束后重新开始上述过程。基本的CSMA/CA利用物理层提供的载波监测指示信号CS监测信道的忙闲。IEEE802.11MAC规定了三种访问优先权,依优先权不同,IS不同。2、无线网卡的工作原理如下:当物理层接收到信号并确认无错后提交给MAC-PHY子层,经过拆包后把数据上交MAC层,然后判断是否是发给本网卡的数据,若是,则上交,否则,丢弃。如果物理层接收到的发给本网卡的信号有错,则需要通知发送端重发此包信息。当网卡有数据需要发送时,首先要判断信道是否空闲。若空,随机退避一段时间后发送,否则,暂不发送。由于网卡为时分双工工作,所以,发送时不能接收,接收时不能发送。3、CSMA/CA的基础是载波侦听，802.11根据WLAN的媒体特点提出了两种载波检测方法。一种是基于物理层的载波检测CS，从接收射频或天线信号检测信号能量或根据接收信号的质量来估计信道的忙闲状态；另一种是虚拟CS方式，通过MAC报头或RTS/CTS中的NAV来实现。只要其中之一指示媒体正在被使用，媒体就被认为已处于忙状态。CSMA／CA的冲突避免的功能由随机指数退避过程实现。如果一个移动节点准备发送一个数据帧，并且侦听到信道忙，节点就一直等待，直到信道空闲了DIFS时间为止，接着计算随机退避时间。在IEEE802.11标准中，时间用划分的时隙表示。在时隙ALOHA中，时隙和一个完整分组的传输时间相同。但是在IEEE802.11中，时隙远比MPDU要小得多，与SIF时间相同，被用来定义退避时间。需要注意的是，时隙的大小和具体的硬件实现有关，通常包括发射启动时间、介质传播时间及检测信道的响应时间等。这里将随机退避时间定义为时隙的整数倍。开始时，在[0，7]范围内选择一个整数，当信道空闲了DIFS时间以后，节点用定时器记录消耗的退避时间，一直到信道重新忙或者退避时间定时器超时为止。如果信道重新忙，并且退避时间定时器没有超时，节点就将冻结定时器。当定时器时间减到零时，节点就开始发送数据信息帧。假如两个邻近或者更多个邻近节点的定时器时间同时减到零，就会发生冲突。每个节点必须在[O，15]范围里面，随机选择一个整数作为退避时间。对于每一次重传，退避时间按22+irandom()增长，其中i是节点连续尝试发送一个MPDU的次数。经过DIFS空闲时间以后的退避时间称为竞争窗口(ContentionWindows，CW)，CW是处于标准规定的aCWmin和aCWmax之间的整数随机数。这种竞争信道的方式的优点是提高了节点之间的公平性。一个节点每当发送MPDU的时候，都需要重新竞争信道。经过DIFS时间之后，每个节点都有同样的概率接入信道。当多个节点推迟且进入随机退避时，利用随机函数选择最小退避时间的节点作为竞争优胜者，从而占用共享信道资源发送数据。这样在高负载的网络系统中，信道利用率得到大幅度提升。因此，CSMA/CA协议中退避计时器在检测到信道忙时，若不冻结，高负载的网络系统中，信道利用率大幅度下降，信息将无法发出，甚至可能是整个网络系统瘫痪；CSMA／CA的冲突避免的功能也将失效，信息发送速度大幅下降，甚至无法发送；网络的安全性也将下降。