CSMACA协议的基本原理
csmaca协议工作原理
csmaca协议工作原理
CSMACA协议是一种用于共享介质以及协调通信的协议。
其
工作原理如下：
1. 空闲状态：当网络中没有节点进行传输时，所有节点都可以按需发送数据。
2. 数据传输：当一个节点准备发送数据时，它首先监听信道，如果发现信道空闲，就发送数据。
如果信道被其他节点占用，该节点则等待直到信道空闲。
3. 碰撞检测：当一个节点发送数据时，其他节点也在监听信道。
如果多个节点同时尝试发送数据，就会发生碰撞。
当检测到碰撞时，所有节点都停止发送数据，并等待一段随机时间（退避时间）后重新尝试发送。
4. 退避机制：在发生碰撞后，节点会通过随机生成一个等待时间来避免继续发生碰撞。
每个节点生成的等待时间都是不同的，因此在退避时间结束后，节点们重新尝试发送数据时，有可能会发生较少的碰撞。
5. 持续监听：当一个节点发送数据后，它仍然持续监听信道。
如果在数据发送过程中发生碰撞，节点会立即停止发送数据并等待退避时间后重新尝试。
6. 优先级设置：CSMACA协议可以根据节点的需求设置优先级。
具有较高优先级的节点可以在信道空闲时立即发送数据，
而较低优先级的节点则需要等待空闲。
综上所述，CSMACA协议通过空闲监听、碰撞检测、退避机制和优先级设置来实现共享介质的可靠通信。
它能够有效避免节点之间的碰撞，并提高传输的成功率和整体效率。
CSMA CD和CSMA CA详解
CSMA/CDCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即载波监听多路访问/冲突检测方法在以太网中，所有的节点共享传输介质。
如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。
一、基础篇：是一种争用型的介质访问控制协议。
它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA 网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。
CSMA/CD控制方式的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。
但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。
CSMA/CD应用在 OSI 7层里的数据链路层它的工作原理是: 发送数据前先监听信道是否空闲 ,若空闲则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续监听.若监听到冲突,则立即停止发送数据.等待一段随即时间,再重新尝试.二、进阶篇：CSMA/CD控制规程：控制规程的核心问题：解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题（主要是数据碰撞问题）控制过程包含四个处理内容：侦听、发送、检测、冲突处理（1）侦听：通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送（线路是否忙？）若“忙”则进入后述的“退避”处理程序，进而进一步反复进行侦听工作。
若“闲”，则一定算法原则（“X坚持”算法）决定如何发送。
（2）发送：当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。
（3）检测：数据发送后，也可能发生数据碰撞。
因此，要对数据边发送，边接收，以判断是否冲突了。
（参5P127图）（4）冲突处理：当确认发生冲突后，进入冲突处理程序。
有两种冲突情况：① 侦听中发现线路忙② 发送过程中发现数据碰撞① 若在侦听中发现线路忙，则等待一个延时后再次侦听，若仍然忙，则继续延迟等待，一直到可以发送为止。
每次延时的时间不一致，由退避算法确定延时值。
CSMACA协议
CSMACA协议1.1 载波侦听多路访问根据具体的监听/发送策略，可将CSMA分为：⾮持续CSMA（英语：non-persistent CSMA）当要发送帧的设备侦听到线路忙或发⽣冲突时，会随机等待⼀段时间再进⾏侦听；若发现不忙则⽴即发送；此策略可以减少冲突，但会导致信道利⽤率降低，以及较长的延迟。
1-持续CSMA（英语：1-persistent CSMA）当要发送帧的设备侦听到线路忙或发⽣冲突时，会持续侦听；若发现不忙则⽴即发送。
当传播延迟较长或多个设备同时发送帧的可能性较⼤时，此策略会导致较多的冲突，导致性能降低。
p-持续CSMA（英语：p-persistent CSMA）当要发送帧的设备侦听到线路忙或发⽣冲突时，会持续侦听；若发现不忙，则根据⼀个事先指定的概率p来决定是发送帧还是继续侦听（以p 的概率发送，1-p的概率继续侦听）；此种策略可以达到⼀定的平衡，但对于参数p的配置会涉及⽐较复杂的考量。
正确使⽤以上策略可以在⼀定程度上减少冲突的发⽣，但⽆法彻底解决冲突问题。
1.2 CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测，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。
在固定时间內等待随机的时间，再次发送。
此⽅案应⽤于以太⽹(DIX Ethernet V2)标准，IEEE 802.3标准1.3 CSMA/CA载波监听多路访问/冲突避免，此种⽅案采⽤主动避免碰撞⽽⾮被动监测的⽅式来解决冲突问题。
可以满⾜那些不易准确监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，且监听到信道空闲时，维持⼀段时间后，再等待⼀段随机的时间依然空闲时，才送出信息。
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，由此可以減少冲突的可能性。
CSMACA协议
CSMACA协议
802.11中采⽤CSMA/CA协议来规定多个⼯作节点共⽤信道的问题。
CSMA/CA的全称是Carrier sense multiple access with collision avoidance
该协议可以分为两个部分来看：
1.Carrier sence:每个节点在传输之前，先对信道进⾏监听，看有没有其他节点在占⽤信道进⾏传输。
2.collision avoidance:如果有节点占⽤信道，则等待⼀段时间，再进⾏监听。
在监听信道的时候，有隐藏节点问题存在。
例如：
三个节点A,B,D. A的监听范围只覆盖到B，覆盖不到D；D的监听范围只覆盖到B，覆盖不到A。
假如A给B发送数据，⽽D监听不到这⼀情况，D也给B发送数据，此时就会发⽣碰撞，导致B⽆法正常接收A或D的数据。
降低隐藏节点影响的⽅法是使⽤RTS/CTS包。
A发送RTS包给B，B收到RTS后，发送CTS给A，A收到CTS后才能给B发送数据。
在此同时：
C探测到A发送的RTS，但是探测不到B发送的CTS，因此C可以发送数据包，不会影响B接收A的数据包。
D探测不到A发送的RTS，但是探测到B发送的CTS，因此D不能发送数据包，因为会影响B接收A的数据包。
E能探测到RTS和CTS，因此也不能发送数据包。
当节点使⽤信道发送了数据之后，要收到对端发来的ACK才知道数据正确被对⽅接收了，否则可能发⽣碰撞导致丢包，此刻就要等待重发，等待的时间采⽤退避算法。
t,2t,4t...。
CSMACD和CSMACA之原理和区别
CSMA/CA是对CSMA的修改。CA——冲突避免通过其他节点发送时不允许邻居节点发送改进了CSMA的性能，而且使用一种截短的随机的二进制指数退避时间算法，减少了冲突的概率。
可选择地，大部分实现的协议需要RTS/CTS交换，以更好的处理如无线组网中的隐终端问题。
冲突避免试图将无线信道平均地分配给冲突区域内的所有发送节点，改进了CSMA的性能。CSMA/CA不同于CSMA/CD，因为媒质的特性、射频频谱不同。发送节点无法检测冲突，因此实现CSMA/CA或其他接入方法是很重要的。CSMA/CA用在基于IEEE 802.11的WLAN和其他有线、无线通信系统中。无线数据通信的问题之一是，不可能在发送时侦听，因此冲突检测是不可能的。另一个原因是隐终端问题。
CSMA/CD是对完全CSMA的修改，通过检测到冲突时取消发送改进了CSMA的性能，因此减少了再次尝试发送时冲突的概率。
CSMA/CD的主要过程如下：
1.准备发送一个帧。
2.媒质空闲吗？如果不空闲，等待直到媒质空闲。
3.开始传输。
4.有冲突吗？如果有冲突，则进入检测冲突过程。
4.本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突；
主要区别就是CD可以一边检测冲突，一边收发数据，一旦检测到冲突，立刻停止数据收发。CA则是必须先检测是否有冲突，得到对端确认后，再发送数据，而不能同时进行，是根据无线网络的特点设计出来的.
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。
介质访问控制方法
介质访问控制方法1 介质访问控制方法介质访问控制(Media Access Control，MAC)是一种网络控制协议，负责处理节点之间的数据传输，确保网络以有序、有效的方式发挥作用。
它的实现机制可以用来建立、维护和配置网络连接、传输信息和资源管理等。
2 工作原理MAC是一种底层协议，通过决定何时发送和接收报文，控制实体进入总线或介质，以确保数据传输的稳定性。
它是一种半双工收发机制，只允许实体通过访问介质的权限进行数据传输。
只有在有效的媒介控制码（Media Access Control Code，MAC）的情况下，实体才能够得到控制权，并且只有实体之间有正确的传出授权时，传输才可以正确完成。
3 类型介质访问控制方法有两种：随机介质访问控制法（CSMA / CA）和相位播放介质访问控制法（CSMA / CD）。
其中，CSMA / CA是一种半双工协议，它主要利用节点之间双向无线传输的特性，并在发送端采用介质访问控制技术，防止出现多个节点同时占用信道的现象；而CSMA / CD是一种介质访问控制的极大竞争系统，它主要利用了信道上传播延迟的特性，提供了一种有效的信息传输机制，使得网络可以以有序、有效的方式进行数据传输。
4 优缺点采用介质访问控制方法，可以保证网络的稳定性和有效性，使终端能够优先接收到信息，减少了网络冲突。
然而，MAC机制也存在一些缺点，比如，在短时间内可能会出现信道占用和冲突，这样会有可能影响数据传输的顺利进行。
此外，由于它的实现机制稍微复杂，会给网络通信带来一定的效率降低。
介质访问控制方法是保证网络稳定和有效的一种重要手段，但是要避免繁琐的操作步骤，有时还需要结合其它管理机制，如网络层或应用层协议，才能有效地实现介质访问控制。
CSMAca算法
C S M A c a算法-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIANCSMA/CA 算法CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)属于随机竞争类 MAC 协议，具有算法简单、性能好的特点。
CSMA/CA 多用于无线通讯协议，它的中文名称是载波侦听多路访问／冲突避免.它有三个基本的过程：1）载波侦听，在特定载波频率侦听，空闲时隙发送。
2）多路访问，可以在多个载波频道传输和接收数据。
3）冲突避免，用避免冲突的方式来实现数据可靠传输。
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地址。
CSMA/CA协议的工作流程分为两个分别是:1.送出数据前，监听媒体状态，等没有人使用媒体，维持一段时间后，才送出数据。
由於每个设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会。
2.送出数据前，先送一段小小的请求传送报文(RTS : Request to Send)给目标端，等待目标端回应 CTS: Clear to Send 报文后，才开始传送。
利用RTS-CTS握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，不会被碰撞。
同时由於RTS-CTS封包都很小，让传送的无效开销变小。
在CAP 内发送命令帧之前和数据发送时都要求使用 CSMA/CA 算法来竞争信道。
确认帧，信标帧和 CFP 内传输的数据帧不需要使用 CSMA/CA 算法。
在使用信标的PAN 中，MAC 层采用时隙 CSMA/CA 算法在 CAP 内传输数据；而在不使用信标的 PAN 中，MAC 采用非时隙 CSMA/CA 算法访问信道。
这两种形式的 CSMA/CA 算法实现都要用到退避周期的单位时间间隔，这个时间由 PIB 属性值设置。
在时隙的 CSMA/CA 算法中，PAN 中的每个退避周期的开始边界都应与超帧中的每个时隙开始边界对齐。
CSMA-CA介绍
Clear to Send 报文后，才开始传送。 利用RTS-CTS
握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，丌 会被碰撞。 同时由於RTS-CTS封包都很小，让传送的
无效开销变小。
工作流程
CSMA/CA通过这两种方式来提供无线的共享访问， 这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。然 而丌管是对于802.11还是802.3来说，这种方式都增
就可发送数据了。
实例讲解
对于站C，能够收 听到站A发送的RTS帧 ，但收听丌到站B发送 的CTS帧。 对于站D，站D收 听丌到站A发送的RTS 帧，但能收听到站B发 送的CTS帧。 对于站E，能收到 RTS帧和CTS帧。
实例讲解 使用RTS和CTS帧的优缺点： 缺点：网络的效率下降 优点：两种控制帧都很短，开销小。 相反，若丌使用，则一旦发生冲 突而导致数据帧重发，则浪费的 时间就更大。
概述
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迚行了一 些调整，采用了新的协议CSMA/CA或者DCF。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地址。
CSMA/CA协议
全称：带冲突避免的载波侦听多路访问。
基本过程: （1）送出数据前，监听媒体状态，确定没人使 用，维持一 段时间，再等待一段随机时间 后依然无人使用，送出数据。 （2）送出数据前，发送请求传送报文(RTS)给目 标端，等待目标端回应CTS报文后，才开始 传送。
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工作流程
1.送出数据前，监听媒体状 态，等没有人使用媒体，维 持一段时间后，才送出数据。 由於每个设备采用的随机时 间不同，所以可以减少冲突 的机会。 2.送出数据前，先送一段小 小的请求传送报文（RTS : Request to Send）给目标端， 等待目标端回应（CTS: Clear to Send）报文后，才 开始传送。 利用RTS-CTS握 手（handshake）程序，确保 接下来传送资料时，不会被 碰是 否有使用，如果检测出 信道繁忙，则等待一段 随机时间后，才送出数 据。 • （2）接收端如果正确 收到此帧，则经过一段 时间间隔后，向发送端 发送确认帧ACK。 • （3）发送端收到ACK帧， 确定数据正确传输，在 经历一段时间间隔后， 会出现一段空闲时间。
计算机网络研讨
2016.10.25
题目描述：
学习无线局域网中 CSMA/CA协议的基本原 理以及与CSMA/CD协议 的异同点。
CSMA/CD协议
不同点
1 2 3
相同点
4
目录
CAMS/CA协议
CSMA/CD协议
CSMA/CD协议
CSMA/CD协议，意思是 载波监听多点接入/碰撞检 测。它的基本原理是：所 有节点都共享网络传输信 道，节点在发送数据之前， 首先检测信道是否空闲， 如果信道空闲则发送，否 则就等待；在发送出信息 后，再对冲突进行检测， 当发现冲突时，则取消发 送。
尽管协议经过了精心设计，但冲突仍然会发 生。 例如：站B和站C同时向站A发送RTS帧。这两 个RTS帧发生冲突后，使得站A收不到正确的 RTS帧因而站A就不会发送后续的CTS帧。这时， 站B和站C像以太网发生冲突那样，各自随机 地推迟一段时间后重新发送其RTS帧。推迟时 间的算法也是使用二进制指数退避。
异同点
CSMA/CD：带有冲突检测的载 波监听多路访问，发送包的同 时可以检测到信道上有无冲突 但无法“避免”冲突；
CSMA/CA：带有冲突避免的载 波监听多路访问，发送包的同 时不能检测到信道上有无冲突， 只能尽量“避免”冲突。
函数编写
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。
谢谢
站A的无线信号覆盖范围：站B、站C、站E。 站B的无线信号覆盖范围：站A、站D、站E。 若站A要向站B发送数据，则： 1.站A在发送数据帧之前，要先向站B发送一个请求发送帧RTS(Request To Send)。 在RTS帧中已说明将要发送的数据帧的长度。站B收到RTS帧后就向站A回应一个允许 发送帧CTS(Clear To Send)。在CTS帧中也附上A欲发送的数据帧的长度(从RTS帧中 将此数据复制到CTS帧中)。站A收到CTS帧后就可发送其数据帧了。 2.对于站C，站C处于站A的无线传输范围内，但不在站B的无线传输范围内。因此站C 能够收听到站A发送的RTS帧，但经过一小段时间后，站C收听不到站B发送的CTS帧。 这样，在站A向站B发送数据的同时，站C也可以发送自己的数据而不会干扰站B接收 数据(注意：站C收听不到站B的信号表明，站B也收听不到站C的信号)。 3.对于站D，站D收听不到站A发送的RTS帧，但能收听到站B发送的CTS帧。因此，站D 在收到站B发送的CTS帧后，应在站B随后接收数据帧的时间内关闭数据发送操作，以 避免干扰站B接收自A站发来的数据。 4.对于站E，它能收到RTS帧和CTS帧，因此，站E在站A发送数据帧的整个过程中不能 发送数据。
例：
假设有这一层楼，两旁住了几十 户人，中间只有一条仅供一人同 行的走道。情况如下： ①当这些住户要经过走道出来 时，首先探出头来看看走道上有 没有人（这就是载波监听），如 果没有，就通过走道出来； ②如果走道上有人走，那么就 一直盯着走道，直到走道上没人 时再出来（1-坚持监听算法）； ③如果有两人同时看到走道上 没有人，而同时走向走道（冲突 检测），则两个人发现时就马上 回到自己屋里。