CSMACD協(xié)議退避機(jī)制分析

1、CSMA/C協(xié)議退避機(jī)制分析1.1 EEE 802.3 MAC層協(xié)議概述以太網(wǎng)系統(tǒng)由3個(gè)基本單元組成：物理介質(zhì)，用于傳輸計(jì)算機(jī)之間的以太網(wǎng)信號(hào)；媒體訪問(wèn)控制規(guī)則，嵌入在每個(gè)以太網(wǎng)接口處，從而使得計(jì)算機(jī)可以公平地使用共享以太網(wǎng)信道；以太幀，由一組標(biāo)準(zhǔn)比特位構(gòu)成， 用于傳輸數(shù)據(jù)。1.1 IEEE 802.3 協(xié)議結(jié)構(gòu)在所有IEEE 802協(xié)議中，OSI數(shù)據(jù)鏈路層被劃分為兩個(gè) IEEE 802子層，即：媒體訪問(wèn)控制（ MAC ）子層 和MAC客戶端子層。IEEE 802.3物理層對(duì)應(yīng)于 OSI參考模型的物理層。MAC子層有以下幾個(gè)基本職能。1.1.1數(shù)據(jù)封裝發(fā)送和接收數(shù)據(jù)封裝。包括成幀、編址和差錯(cuò)檢

2、測(cè)等。當(dāng)LLC子層請(qǐng)求發(fā)送一幀時(shí)， MAC子層的發(fā)送數(shù)據(jù)封裝部分用LLC子層所提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組幀，它將一個(gè)前導(dǎo)碼P和一個(gè)幀起始定界符 SFD附加到幀的開(kāi)頭部分，還將PAD附加到結(jié)尾部分，以確保傳送幀的長(zhǎng)度滿足最小幀長(zhǎng)的要求，它還要附加目的地址和源地址， 長(zhǎng)度計(jì)數(shù)字段和幀校驗(yàn)序列，然后把組成的幀交給MAC子層的發(fā)送媒體訪問(wèn)管理部分以供發(fā)送。1.1.2發(fā)送媒體訪問(wèn)管理借助于監(jiān)視物理層收發(fā)信號(hào)（ PLS）部分提供的載波監(jiān)聽(tīng)信號(hào)，發(fā)送媒體訪問(wèn)管理設(shè)法避免發(fā)送信號(hào)與媒體上其他信息發(fā)生沖突。在媒體空閑時(shí)，經(jīng)短暫的幀間延遲（提供給媒體恢復(fù)時(shí)間）之后，就啟動(dòng)幀發(fā)送，然 后，MAC子層將串行位流送給 PLS接口

3、以供發(fā)送，PLS完成產(chǎn)生媒體上電信號(hào)的任務(wù)。同時(shí)，監(jiān)視媒體和產(chǎn) 生沖突檢測(cè)信號(hào)。在沒(méi)有爭(zhēng)用的情況下，即完成發(fā)送。完成發(fā)送后，MAC子層通過(guò)LLC與MAC間的接口通知LLC子層，等待下一個(gè)發(fā)送請(qǐng)求。假如產(chǎn)生沖突，PLS接通沖突檢測(cè)信號(hào)，接著發(fā)送媒體訪問(wèn)管理開(kāi)始處理沖突。首先，它發(fā)送一個(gè)稱為阻塞（Jam）的位序列來(lái)強(qiáng)制沖突，這就保證了有足夠的沖突持續(xù)時(shí)間，以使其他與沖突有關(guān)的發(fā)送站都得到通知，在阻塞信號(hào)結(jié)束時(shí)，發(fā)送媒體訪問(wèn)管理就停止發(fā)送。發(fā)送媒體訪問(wèn)管理在隨機(jī)選擇的時(shí)間間隔后再進(jìn)行重發(fā)嘗試，在重復(fù)的沖突面前反復(fù)進(jìn)行重發(fā)嘗試，發(fā)送媒體 訪問(wèn)管理用二進(jìn)制位數(shù)指數(shù)退避算法調(diào)整媒體負(fù)載。然后，或者重發(fā)成功

4、，或者媒體故障或過(guò)載的情況下，放 棄重發(fā)嘗試。1.1.3接收媒體訪問(wèn)管理的幀是否錯(cuò)誤，幀長(zhǎng)是否超過(guò)最大長(zhǎng)度，是否為 過(guò)濾掉。首先由PLS檢測(cè)到達(dá)幀，使接收與前導(dǎo)碼同步，并接通載波監(jiān)聽(tīng)信號(hào)。接收媒體訪問(wèn)管理部件要檢測(cè)到達(dá)8位的整倍數(shù)，還要過(guò)濾沖突的信號(hào)，即把小于最小長(zhǎng)度的幀1.1.4接收數(shù)據(jù)解封這一部分檢驗(yàn)幀的目的地址字段，決定本站是否應(yīng)該接收該幀，如地址符合，將送到LLC子層，并進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。媒體訪問(wèn)控制（MAC ）客戶端子層可能是以下一種。邏輯鏈路控制（LLC）：提供終端協(xié)議棧的以太網(wǎng) MAC和上層之間的接口，其中LLC由IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)定義。網(wǎng)橋?qū)嶓w：提供局域網(wǎng)之間的LAN -to

5、- LAN接口，可以使用同種協(xié)議（如以太網(wǎng)到以太網(wǎng)）和不同的協(xié)議（如以太網(wǎng)到令牌環(huán)）之間。網(wǎng)橋?qū)嶓w由IEEE 802.1標(biāo)準(zhǔn)定義。1.2以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都能獨(dú)立運(yùn)行，不存在中心控制器。連接到以太網(wǎng)的所有工作站都接入共享信令系 統(tǒng)，又稱為介質(zhì)。要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站首先監(jiān)聽(tīng)信道，如果信道空閑，即可以以太幀或數(shù)據(jù)包格式傳輸數(shù)據(jù)。 每幀傳輸完畢之后，各工作站必須公平爭(zhēng)取下一幀的傳輸機(jī)會(huì)。對(duì)于共享信道的訪問(wèn)取決于嵌入到每個(gè)工作站 的以太網(wǎng)接口的媒體訪問(wèn)控制機(jī)制。該機(jī)制建立在載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD ）基礎(chǔ)上。2. CSMA/CD協(xié)議的具體分析IEEE 802.3是

6、一個(gè)使用CSMA /CD媒體訪問(wèn)控制方法的 LAN的綜合性標(biāo)準(zhǔn)。從邏輯上可以劃分為兩大部 分：數(shù)據(jù)鏈路層的媒體訪問(wèn)控制子層（MAC ）和物理層。它嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于 ISO開(kāi)放系統(tǒng)互連模式的最低兩層。LLC子層和MAC子層在一起完成0SI模式的數(shù)據(jù)鏈路層的功能。2.1協(xié)議規(guī)則（如圖1）2.1.1載波偵聽(tīng)通過(guò)專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)在站點(diǎn)準(zhǔn)備發(fā)送前先偵聽(tīng)一下總線 上是否有數(shù)據(jù)正在傳2.1.2沖突檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送后也可能發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，因此要對(duì)數(shù)據(jù)邊發(fā)送邊 接收以判斷是否沖突了。2.1.3干擾（擁擠）發(fā)送特殊阻塞信息并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)特，殊阻塞信息是 連續(xù)幾個(gè)字節(jié)的全1信號(hào)，此舉意在強(qiáng)化沖突，使得其它設(shè)備 能盡快檢測(cè)到?jīng)_

7、突發(fā)生。2.1.4等待在固定時(shí)間內(nèi)等待隨機(jī)的時(shí)間再次發(fā)送，若碰撞依舊，則 采用退避算法進(jìn)行發(fā)送。圖1 CSMA/CD協(xié)議流程2.2具體退避機(jī)制CSMA/CD協(xié)議使用的退避算法稱為二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法，具體進(jìn)行如下：2.2.1確定基本退避時(shí)間（基數(shù)），一般定為2 T,也就是一個(gè)爭(zhēng)用期時(shí)間（在總線傳輸線路上，單程端到端的傳輸時(shí)延記做t。一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)岀數(shù)據(jù)到接收到線路沖突的時(shí)間小于等于2倍T,也就是時(shí)延為2 T，這個(gè)時(shí)間被稱為爭(zhēng)用期）,對(duì)于以太網(wǎng)就是51.2S。2.2.2定義一個(gè)參數(shù) K，為重傳次數(shù)，K = min重傳次數(shù)，10，可見(jiàn)K 10。2.2.3從離散型整數(shù)集合0，1，2，（2Ak 1）中

8、，隨機(jī)取出一個(gè)數(shù)記做R。那么重傳所需要的退避時(shí)間為R倍的基本退避時(shí)間：即：T = RX 2 to2.2.4同時(shí)，重傳也不是無(wú)休止的進(jìn)行，當(dāng)重傳16次不成功，就丟棄該幀，傳輸失敗，報(bào)告給高層協(xié)議。如：第一次沖突，隨機(jī)退避常數(shù)為01(2A1 - 1)第二次沖突，隨機(jī)退避常數(shù)為03(2A2 - 1)第三次沖突，隨機(jī)退避常數(shù)為07(2A3 - 1)第十次沖突，隨機(jī)退避常數(shù)為01023(2A10 -1)直到第十八次，該常數(shù) 直保扌寸為01023如此可見(jiàn)，重傳數(shù)次越多，則退避的時(shí)間就越長(zhǎng)，稱為動(dòng)態(tài)退避。2.3有效性及公平性評(píng)價(jià)該機(jī)制中所有站點(diǎn)共享一條傳輸線路（總線），每個(gè)站點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)之前都要偵聽(tīng)線路上是否空閑，當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)要求接入信道，而MAC協(xié)議沒(méi)有對(duì)某個(gè)站點(diǎn)顯示出傾向性，則說(shuō)明此協(xié)議具有公平性。另外，由于CSMA/CD協(xié)議可以一邊檢測(cè)沖突，一邊收發(fā)數(shù)據(jù)，一旦檢測(cè)到?jīng)_突，立即停止數(shù)據(jù)收發(fā)，并且退避時(shí)間為隨 機(jī)