CSMA/CA（網絡協議）

CSMA/CA（網絡協議）

CSMA/CA （網絡協議） 次瀏覽 | 2023.01.08 13:17:59 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 CSMA/CA網絡協議

無線局域網標準802.11的MAC和802.3協議的MAC非常相似，都是在一個共享媒體之上支持多個用戶共享資源，由發送者在發送數據前先進行網絡的可用性檢測。在802.3協議中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sen Multiple Access with Collision Detection)的協議來完成調節，這個協議解決了在Ethernet上的各個工作站如何在線纜上進行傳輸的問題，利用它檢測和避免當兩個或兩個以上的網絡設備需要進行數據傳送時網絡上的沖突。在802.11無線局域網協議中，沖突的檢測存在一定的問題，這個問題稱為"Near/Far"現象，這是由于要檢測沖突，設備必須能夠一邊接受數據信號一邊傳送數據信號，而這在無線系統中是無法辦到的。

中文名

載波偵聽多路訪問／沖突避免

外文名

Carrier Sen Multiple Access with Collision Avoidance

分類

CSMA/CD /CA /BA /CP

CSMA/CD

載波偵聽多路訪問/沖突檢測

CSMA/CA

載波偵聽多路訪問/沖突避免

CSMA/BA

載波偵聽多路訪問/位仲裁

CSMA/CP

載波偵聽多路訪問/載波優先

概述

無線局域網標準802.11的MAC和802.3協議的MAC非常相似CSMA/CA的過程，都是在一個共享媒體之上支持多個用戶共享資源，由發送者在發送數據前先進行網絡的可用性檢測。在802.3協議中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sen Multiple Access with Collision Detection)的協議來完成調節，這個協議解決了在Ethernet上的各個工作站如何在線纜上進行傳輸的問題，利用它檢測和避免當兩個或兩個以上的網絡設備需要進行數據傳送時網絡上的沖突。

在802.11無線局域網協議中，沖突的檢測存在一定的問題，這個問題稱為"Near/Far"現象，這是由于要檢測沖突，設備必須能夠一邊接受數據信號一邊傳送數據信號，而這在無線系統中是無法辦到的。

鑒于這個差異，在802.11中對CSMA/CD進行了一些調整，采用了新的協議CSMA/CA(Carrier Sen Multiple Access with Collision Avoidance)或者DCF(Distributed Coordination Function)。CSMA/CA利用ACK信號來避免沖突的發生，也就是說，只有當客戶端收到網絡上返回的ACK信號后才確認送出的數據已經正確到達目的地址。

工作原理

這種協議實際上就是在發送數據幀之前先對信道進行預約。下面為了方便解釋這種技術的主要原理請大家先看下圖。

①在圖中，

站B、站C、站E在站A的無線信號復蓋的范圍內。而站D不在其內。

站A、站E、站D在站B的無線信號復蓋的范圍內，但站C不在其內。

②如果站A要向站B發送數據，那么，站A在發送數據幀之前，要先向站B發送一個請求發送幀RTS(Request To Send)。在RTS幀中已說明將要發送的數據幀的長度。站B收到RTS幀后就向站A回應一個允許發送幀CTS(Clear To Send)。在CTS幀中也附上A欲發送的數據幀的長度(從RTS幀中將此數據復制到CTS幀中)。站A收到CTS幀后就可發送其數據幀了。現在討論在A和B兩個站附近的一些站將做出什么反應。

對于站C，站C處于站A的無線傳輸范圍內，但不在站B的無線傳輸范圍內。因此站C能夠收聽到站A發送的RTS幀，但經過一小段時間后，站C收聽不到站B發送的CTS幀。這樣，在站A向站B發送數據的同時，站C也可以發送自己的數據而不會干擾站B接收數據(注意：站C收聽不到站B的信號表明，站B也收聽不到站C的信號)。

對于站D，站D收聽不到站A發送的RTS幀，但能收聽到站B發送的CTS幀。因此，站D在收到站B發送的CTS幀后，應在站B隨后接收數據幀的時間內關閉數據發送操作，以避免干擾站B接收自A站發來的數據。

對于站E，它能收到RTS幀和CTS幀，因此，站E在站A發送數據幀的整個過程中不能發送數據。

③雖然使用RTS和CTS幀會使整個網絡的效率有所下降。但這兩種控制幀都很短，它們的長度分別為20和14字節。而數據幀則最長可達2346字節，相比之下的開銷并不算大。相反，若不使用這種控制幀，則一旦發生沖突而導致數據幀重發，則浪費的時間就更大。雖然如此，但協議還是設有三種情況供用戶選擇：

使用RTS和CTS幀；

當數據幀的長度超過某一數值時才使用RTS和CTS幀；

不使用RTS和CTS幀。

④盡管協議經過了精心設計，但沖突仍然會發生。

例如：站B和站C同時向站A發送RTS幀。這兩個RTS幀發生沖突后，使得站A收不到正確的RTS幀因而站A就不會發送后續的CTS幀。這時，站B和站C像以太網發生沖突那樣，各自隨機地推遲一段時間后重新發送其RTS幀。推遲時間的算法也是使用二進制指數退避。

⑤為了盡量減少沖突，802.11標準設計了獨特的MAC子層。

工作流程

CSMA/CA協議的工作流程分為兩個分別是:

1.送出數據前，監聽媒體狀態，等沒有人使用媒體，維持一段時間后，再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用，才送出數據。由于每個設備采用的隨機時間不同，所以可以減少沖突的機會。

2.送出數據前，先送一段小小的請求傳送報文(RTS : Request to Send)給目標端，等待目標端回應 CTS: Clear to Send 報文后，才開始傳送。利用RTS-CTS握手(handshake)程序，確保接下來傳送資料時，不會被碰撞。同時由于RTS-CTS封包都很小，讓傳送的無效開銷變小。

CSMA/CA通過這兩種方式來提供無線的共享訪問，這種顯式的ACK機制在處理無線問題時非常有效。然而不管是對于802.11還是802.3來說，這種方式都增加了額外的負擔，所以802.11網絡和類似的Ethernet網比較總是在性能上稍遜一籌。

主要差別

CSMA/CD：帶有沖突檢測的載波監聽多路訪問，可以檢測沖突，但無法“避免”；

CSMA/CA：帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問，發送包的同時不能檢測到信道上有無沖突，只能盡量“避免”；

1.兩者的傳輸介質不同,CSMA/CD用于總線式以太網,而CSMA/CA則用于無線局域網802.11a/b/g/n等等；

2.檢測方式不同,CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測，當數據發生碰撞時，電纜中的電壓就會隨著發生變化；而CSMA/CA采用能量檢測(ED)、載波檢測(CS)和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式；

3.WLAN中，對某個節點來說，其剛剛發出的信號強度要遠高于來自其他節點的信號強度，也就是說它自己的信號會把其他的信號給復蓋掉；

4.本節點處有沖突并不意味著在接收節點處就有沖突。綜上，在WLAN中實現CSMA/CD是比較困難的。[1]

參考資料