本文關(guān)鍵詞：ca協(xié)議，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

1.1  載波偵聽多路訪問

根據(jù)具體的監(jiān)聽/發(fā)送策略，可將CSMA分為：

非持續(xù)CSMA（英語：non-persistent CSMA） 

當(dāng)要發(fā)送幀的設(shè)備偵聽到線路忙或發(fā)生沖突時，會隨機(jī)等待一段時間再進(jìn)行偵聽；若發(fā)現(xiàn)不忙則立即發(fā)送；此策略可以減少沖突，但會導(dǎo)致信道利用率降低，以及較長的延遲。

1-持續(xù)CSMA（英語：1-persistent CSMA） 

當(dāng)要發(fā)送幀的設(shè)備偵聽到線路忙或發(fā)生沖突時，會持續(xù)偵聽；若發(fā)現(xiàn)不忙則立即發(fā)送。當(dāng)傳播延遲較長或多個設(shè)備同時發(fā)送幀的可能性較大時，此策略會導(dǎo)致較多的沖突，導(dǎo)致性能降低。

p-持續(xù)CSMA（英語：p-persistent CSMA） 

當(dāng)要發(fā)送幀的設(shè)備偵聽到線路忙或發(fā)生沖突時，會持續(xù)偵聽；若發(fā)現(xiàn)不忙，則根據(jù)一個事先指定的概率p來決定是發(fā)送幀還是繼續(xù)偵聽（以p的概率發(fā)送，1-p的概率繼續(xù)偵聽）；此種策略可以達(dá)到一定的平衡，但對于參數(shù)p的配置會涉及比較復(fù)雜的考量。

正確使用以上策略可以在一定程度上減少沖突的發(fā)生，但無法徹底解決沖突問題。

1.2  CSMA/CD

載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測，此方案要求設(shè)備在發(fā)送幀的同時要對信道進(jìn)行偵聽，以確定是否發(fā)生沖突，若在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中檢測到?jīng)_突，則進(jìn)行如下沖突處理操作：

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)幾個字節(jié)的全1信號，此舉意在強(qiáng)化沖突，以使得其它設(shè)備能盡快檢測到?jīng)_突發(fā)生。

在固定時間內(nèi)等待隨機(jī)的時間，再次發(fā)送。

此方案應(yīng)用于以太網(wǎng)(DIX Ethernet V2)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)

1.3   CSMA/CA

載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免，此種方案采用主動避免碰撞而非被動監(jiān)測的方式來解決沖突問題�？梢詽M足那些不易準(zhǔn)確監(jiān)測是否有沖突發(fā)生的需求，如無線局域網(wǎng)。

CSMA/ca協(xié)議主要使用兩種方法來避免碰撞：

設(shè)備欲發(fā)送幀，且監(jiān)聽到信道空閑時，維持一段時間后，，再等待一段隨機(jī)的時間依然空閑時，才送出信息。由于各個設(shè)備的等待時間是分別隨機(jī)產(chǎn)生的，因此很大可能有所區(qū)別，由此可以減少沖突的可能性。

RTS-CTS握手（英語：handshake）：設(shè)備欲發(fā)送幀前，先發(fā)送一個很小的RTS（Request to Send）幀給目標(biāo)端，等待目標(biāo)端回應(yīng)CTS（Clear to Send）幀后，才開始傳送。此方式可以確保接下來傳送信息時，不會發(fā)生沖突。同時由于RTS幀與CTS幀都很小，讓傳送的無效開銷變小。

此方案應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 協(xié)議簡介

無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11的MAC和802.3協(xié)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(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的可用性檢測。在802.3協(xié)議中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協(xié)議來完成調(diào)節(jié)，這個協(xié)議解決了在Ethernet上的各個工作站如何在線纜上進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}，利用它檢測和避免當(dāng)兩個或兩個以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時網(wǎng)絡(luò)上的沖突。

CSMA/CA的過程

在802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測存在一定的問題，這個問題稱為"Near/Far"現(xiàn)象，這是由于要檢測沖突，設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號一邊傳送數(shù)據(jù)信號，而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。但由于無線產(chǎn)品的適配器不易檢測信道是否存在沖突，因此802.11全新定義了一種新的協(xié)議，即載波偵聽多點接入/避免沖撞CSMA/CA（with Collision Avoidance）。一方面，載波監(jiān)聽----查看介質(zhì)是否空閑；另一方面，避免沖撞----通過隨機(jī)的時間等待，使信號沖突發(fā)生的概率減到最小，當(dāng)介質(zhì)被偵聽到空閑時，優(yōu)先發(fā)送。不僅如此，為了系統(tǒng)更加穩(wěn)固，802.11還提供了帶確認(rèn)幀ACK的CSMA/CA。在一旦遭受其他噪聲干擾，或者由于監(jiān)聽失敗時，信號沖突就有可能發(fā)生，而這種工作于MAC層的ACK此時能夠提供快速的恢復(fù)能力。

鑒于這個差異，在802.11中對CSMA/CD進(jìn)行了一些調(diào)整，采用了新的協(xié)議CSMA/CA(Carrier Sense 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(fā)生，也就是說，只有當(dāng)客戶端收到網(wǎng)絡(luò)上返回的ACK信號后才確認(rèn)送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達(dá)目的地址。

CSMA/ca協(xié)議的工作流程是：一個工作站希望在無線網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)，如果沒有探測到網(wǎng)絡(luò)中正在傳送數(shù)據(jù)，則附加等待一段時間，再隨機(jī)選擇一個時間片繼續(xù)探測，如果無線網(wǎng)路中仍舊沒有活動的話，就將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接受端的工作站如果受到發(fā)送端送出的完整的數(shù)據(jù)則回發(fā)一個ACK數(shù)據(jù)報，如果這個ACK數(shù)據(jù)報被接收端收到，則這個數(shù)據(jù)發(fā)送過程完成，如果發(fā)送端沒有收到ACK數(shù)據(jù)報，則或者發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有被完整地收到，或者ACK信號的發(fā)送失敗，不管是哪種現(xiàn)象發(fā)生，數(shù)據(jù)報都在發(fā)送端等待一段時間后被重傳。

2.2  工作原理

這種協(xié)議實際上就是在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先對信道進(jìn)行預(yù)約。下面為了方便解釋這種技術(shù)的主要原理請大家先看下圖。

CSMA/ca協(xié)議中的RTS和CTS幀

① 在圖中，展示了各個工作站部署位置及其覆蓋范圍。

● 站B、站C、站E在站A 的無線信號覆蓋的范圍內(nèi)。而站D不在其內(nèi)。

● 站A、站E、站D在站B 的無線信號覆蓋的范圍內(nèi)，但站C不在其內(nèi)。

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

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

● 對于站D，站D收聽不到站A發(fā)送的RTS幀，但能收聽到站B發(fā)送的CTS幀。因此，站D在收到站B發(fā)送的CTS幀后，應(yīng)在站B隨后接收數(shù)據(jù)幀的時間內(nèi)關(guān)閉數(shù)據(jù)發(fā)送操作，以避免干擾站B接收自A站發(fā)來的數(shù)據(jù)。

● 對于站E，它能收到RTS幀和CTS幀，因此，站E在站A發(fā)送數(shù)據(jù)幀的整個過程中不能發(fā)送數(shù)據(jù)。

③ 雖然使用RTS和CTS幀會使整個網(wǎng)絡(luò)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(jié)。而數(shù)據(jù)幀則最長可達(dá)2346字節(jié)，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(fā)生沖突而導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀重發(fā)，則浪費的時間就更大。雖然如此，但協(xié)議還是設(shè)有三種情況供用戶選擇：

● 使用RTS和CTS幀；

● 當(dāng)數(shù)據(jù)幀的長度超過某一數(shù)值時才使用RTS和CTS幀；

● 不使用RTS和CTS幀。

④ 盡管協(xié)議經(jīng)過了精心設(shè)計，但沖突仍然會發(fā)生。

例如：站B和站C同時向站A發(fā)送RTS幀。這兩個RTS幀發(fā)生沖突后，使得站A收不到正確的RTS幀因而站A就不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀。這時，站B和站C像以太網(wǎng)發(fā)生沖突那樣，各自隨機(jī)地推遲一段時間后重新發(fā)送其RTS幀。推遲時間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。

⑤ 為了盡量減少沖突，802.11標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了獨特的MAC子層。

2.3 工作流程

CSMA/ca協(xié)議的工作流程分為兩個分別是：

1．送出數(shù)據(jù)前，監(jiān)聽媒體狀態(tài)，等沒有人使用媒體，維持一段時間后，再等待一段隨機(jī)的時間后依然沒有人使用，才送出數(shù)據(jù)。由于每個設(shè)備采用的隨機(jī)時間不同，所以可以減少沖突的機(jī)會。

2．送出數(shù)據(jù)前，先送一段小小的請求傳送報文(RTS： Request to Send)給目標(biāo)端，等待目標(biāo)端回應(yīng) 允許傳送報文(CTS：Clear to Send )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(jī)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(fù)擔(dān)，所以802.11網(wǎng)絡(luò)和類似的Ethernet網(wǎng)比較總是在性能上稍遜一籌。

2.4 主要差別

CSMA/CD：帶有沖突檢測的載波監(jiān)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(fā)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(zhì)不同，CSMA/CD用于總線式以太網(wǎng)，而CSMA/CA則用于無線局域網(wǎng)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(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時，電纜中的電壓就會隨著發(fā)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(jié)點來說，其剛剛發(fā)出的信號強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于來自其他節(jié)點的信號強(qiáng)度，也就是說它自己的信號會把其他的信號給覆蓋掉；

4.本節(jié)點處有沖突并不意味著在接收節(jié)點處就有沖突。

綜上，在WLAN中實現(xiàn)CSMA/CD是比較困難的。

發(fā)表于

  本文關(guān)鍵詞：ca協(xié)議，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。