csmacd工作原理

以太网通信协议

以太网通信协议是一种在局域网中广泛使用的协议，它定义了数据在网络中的传输方式和规则。以太网通信协议使用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）技术，这意味着多台设备可以共享同一条传输介质，但需要遵循一定的规则以避免数据碰撞。本文将介绍以太网通信协议的基本原理、工作方式和一些相关的概念。

以太网通信协议的基本原理是通过数据帧的传输来实现数据通信。数据帧是数据传输的基本单位，它包括了目标地址、源地址、数据字段和校验字段等部分。当一台设备需要向网络中的其他设备发送数据时，它会将数据封装成数据帧并通过网络介质进行传输。接收方设备会解析数据帧，并根据目标地址来接收数据。

在以太网通信协议中，每个设备都有一个唯一的MAC地址，用于标识设备在网络中的身份。当设备发送数据时，它会将目标地址设置为接收方设备的MAC地址，这样网络中的其他设备就会忽略这个数据帧。同时，设备还会设置源地址为自己的MAC地址，以便接收方设备在接收数据后可以知道数据的来源。

以太网通信协议使用CSMA/CD技术来协调多台设备在同一时间内对网络介质的访问。CSMA/CD技术要求设备在发送数据前先监听网络介质，如果检测到有其他设备正在发送数据，则会等待一段随机的时间后再进行发送，以避免数据碰撞。如果在发送数据的过程中发生了碰撞，设备会采用退避算法来等待一段时间后再重新发送数据。

除了CSMA/CD技术，以太网通信协议还定义了一些其他的概念和规则，如最大传输单元（MTU）、以太网帧格式、以太网交换机等。这些概念和规则都是为了保证数据在网络中的可靠传输和高效通信。

总的来说，以太网通信协议是一种简单而高效的局域网通信协议，它通过数据帧的传输和CSMA/CD技术来实现多台设备之间的数据通信。在实际应用中，以太网通信协议已经成为了局域网中最为常用的通信协议之一，它为我们的网络通信提供了可靠和高效的基础。

CSMACD协议

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。CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即载波监听多路访问/冲突检测机制。在传统的共享以太⽹中，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。1.1 基本概念

CSMA/CD是英⽂carrier sense multiple access/collision detected 的缩写，可把它翻成“载波监听多路访问/冲突检测”，或“带有冲突检测的载波侦听多路访问”。

所谓载波监听（carrier sense），意思就是以太⽹络上的各个⼯作站在发送数据前，都要监听总线上有没有数据正在传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据，需要等待；若⽆数据传输（称总线为空），可以⽴即发送准备好的数据。

所谓多路访问（multiple access)，意思就是以太⽹络上的各个⼯作站在发送数据时，共同使⽤⼀条总线，且发送数据是⼴播式的。

所谓冲突（collision），意思就是，若以太⽹上有两个或两个以上⼯作站同时发送数据，在总线上就会产⽣信号的冲突；多个⼯作站都同时发送数据，在总线上就会产⽣信号的冲突，哪个⼯作站接收到的数据都辨别不出真正的信息。这种情况称冲突或者碰撞。

为了减少冲突发⽣的影响，⼯作站在发送数据过程中还要不停地检测⾃⼰发送的数据，检测⾃⼰传输过程中有没有其他⼯作站在发送数据，在传输过程中与其它⼯作站的数据发⽣冲突，这就是冲突检测（collision detected）。1.2 基本算法

CSMA/CD是带有冲突检测的CSMA，其基本思想是：当⼀个节点要发送数据时，⾸先监听信道；如果信道空闲就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听到了冲突，则⽴刻停⽌数据发送，等待⼀段随机的时间后，重新开始尝试发送数据。CSMA/CD媒体访问控制⽅法的⼯作原理，可以概括如下：

CSMACA与CSMACD的区别1.CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 载波监听多路访问/冲突检测由于以太⽹（Ethernet）成为现存局域⽹络结构的绝⼤多形式，CSMA/CD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，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,再重新尝试. 先听后发，边发边听，冲突停发，随即延迟后重发2.CSMA/CA协议Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance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。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。

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，再等待⼀段随机的时间后依然没有⼈使⽤，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:

背景

在总线和环形拓扑中，网络上的设备必须共享传输线路，为解决同一时间几个

设备同时争用传输介质，需要有某种访问控制方式，以便协调各设备访问介质

的顺序，在设备之间交换数据。

在总线系统中，每个站都能独立地决定帧的发送，若两个或多个站同时发送，

就产生冲突，同时发送的所有帧都会出错。因此一个用户发送信息成功与否在

很大程度上取决于总线是否空闲的算法以及两个不同节点同时发送的分组发生

冲突时所使用和中断传输的方法，总线争用技术分为载波监听多路访问(CSMA)和

具有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)这两大类。载波监听多路访问(CSMA)的技术，也叫做先听后说(LBT)，希望传输的站首先对信道进行监听以

确定是否有别的站在传输。如果信道空闲，该站可以传输，否则，该站将避让

一段时间后再尝试。需要有一种退避算法来决定退让时间。常用的有三种算法

。1、非坚持CSMA；2、1-坚持CSMA；3、P-坚持CSMA。

通信中对介质的访问可以是随机的，即各工作站可以在任何时刻、任意地访问

介质;也可以是受控的，即各工作站可以用一定的算法调整各站访问介质的顺序

和时间。在随机访问方式中，常用的争用总线技术为CSMA/CD.

这种控制方式对任何工作站都没有预约发送时间，工作站的发送是随机的，必

须在网络上争用传输介质，故称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站向传

输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆而遭破坏，称为“冲突”。

为尽量避免由于竟争引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输

线上是否有信息在发送，这就是“载波监听”。

CSMA是从一种叫ALOHA的控制协议演变而来的，之所以要采用这种控制协

议，是因为当许多用户共享一个容量为C b/s的信道时，如果两个或更多的用

户同时都在共享信道上发送信息，这样就会产生冲突。习惯上把这种冲突叫做

碰撞。碰撞的产生会导致冲突的用户发送都告失败。如图所示: 由图可知，一个帧若要发送成功，必须在发送时刻之前和之后各有一段时间T0