爭用期=2*端到端距離/電磁波速率=2τ
爭用期是指電磁波在兩基站之間來回傳播的時間,唯一可控的物理因素是最大距離,所以兩基站間的最大距離決定了爭用期的大小。
由於在爭用期內的電磁信號沖突無法確定是否會被發送方檢測得到,所以無法判定發送時長小於爭用期的數據是否已沖突,於是規定發送時長大於爭用期的數據才屬於有效數據,這才可以根據比特發送速率(如10Mb/s)算出最小有效數據幀長(忘記符號怎麼表示就不列式子了)。
所以在比特發送速率一定時,爭用期和最小數據幀長是成正比的,也就是最大距離和最小數據幀長成正比,而如果最小數據幀長一定,最大距離(可以直接理解為爭用期時長)和比特發送速率就成反比了。
所以最早期在發送速率一定的情況下,爭用期(512b,51.2us)應該是最大距離和最小數據幀長相互妥協的結果。
後來,由於技術發展,比特發送速率提高(100Mb/s),想要維持原有協議(在這里指最小數據幀長)盡可能不變(可能改協議代價大?),爭用期就隨比特發送速率降低(5.12us),對應的最大距離也必須減小(/10),所以基建狂魔又要開始上班建造更多基站了。
爭用期(Contention Period)就是乙太網端到端往返時間2τ,又稱為碰撞窗口(Collision Window)。 在區域網的分析中,常把匯流排上的單程端到端傳播時延記為τ。通常取51.2微秒為爭用期時間,對於10Mb/s乙太網,期間可以發送512bit數據,即64位元組。
我們知道,匯流排上只要有一台計算機在發送數據,匯流排的傳輸資源就被佔用,因此,在同一時間只能允許一台計算機發送信息,否則各計算機之間就會互相干擾。
乙太網採用的協調方法是使用一種特殊的協議CSMA/CD,就是載波監聽多點接入/碰撞檢測(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。
我們可以清楚地看到,在發送數據幀後至多經過時間2τ就可以知道所發送的數據幀是否發生碰撞。即一個站在發送完數據後,只要通過爭用期的「考驗」,即經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞,就能夠肯定這次發送不會發生碰撞。
B. 計算機網路——CSMA/CD協議
CSMA/CD協議是計算機網路中乙太網的重要協議,也是數據鏈路層的重難點。由於乙太網採用匯流排型方式進行數據傳輸,多個計算機站接在一根匯流排上,若多個計算機同時進行數據發送,會導致數據差錯。因此,匯流排模式下使用半雙工通信方式,一個站不能同時進行發送和接收,由CSMA/CD協議維持這一通信方式。
CSMA/CD協議的要點包括:在發送數據幀時邊發送邊檢測信道狀態,適用於有線網路,信道忙碌則不能發送數據;當電壓變化幅度超過門限值時,可認為發生碰撞。正確理解這些要點對於掌握CSMA/CD協議至關重要。
在碰撞檢測方面,存在重要的時間點和事件。傳播時延和比特時間是關鍵概念,它們影響著數據發送和碰撞檢測的時機。當一個站開始發送數據後,若在特定時間檢測到信道空閑,則發送數據,若在數據發送過程中檢測到碰撞,則雙方停止發送,接收方丟棄接收到的幀並向上層報告。
通過實例,我們可以進一步理解CSMA/CD協議的工作原理。例如,假設某區域網採用CSMA/CD協議,主機A和主機B之間的距離為一定值,信號傳播速度為一定值。當主機A和主機B在同一時刻發送數據幀,且發生沖突,可以通過計算傳播時延和檢測到沖突的時間來確定發生沖突的具體時間。此外,通過計算最短和最長經歷時間,我們可以了解在不同場景下碰撞檢測的工作情況。
爭用期是CSMA/CD協議中的另一個關鍵概念,它指的是在數據發送過程中檢測到碰撞前的時間間隔。爭用期的長度決定了能夠使用CSMA/CD協議的最短幀長,以確保在數據發送過程中有足夠的時間進行碰撞檢測。通過計算傳播時延和爭用期,我們可以確定最短幀長,從而確保數據發送的可靠性和效率。
截斷二進制指數退避演算法是CSMA/CD協議中處理碰撞後重傳數據幀的重要機制。通過隨機選擇等待時間,避免多個站同時重傳數據幀,從而減少網路擁堵和數據碰撞。通過實例分析,我們可以了解在不同情況下,站之間重傳數據幀的時機和概率。
人為干擾信號的發送也是CSMA/CD協議中碰撞檢測機制的一部分,旨在通知所有用戶發生碰撞。通過在檢測到碰撞後發送特定的干擾信號,網路中的其他站可以得知碰撞發生並相應調整自己的發送策略。
最後,幀間最小間隔的設定是為了確保接收方有足夠的時間處理接收到的幀,並做好接收下一幀的准備。通過規定在檢測到信道空閑後一定時間內發送幀,網路的傳輸效率和可靠性得到了提升。
總結CSMA/CD協議的關鍵要點,包括發送成功與失敗的判斷、碰撞檢測的時間點和事件、爭用期的定義及其對最短幀長的影響、截斷二進制指數退避演算法的機制、人為干擾信號的發送以及幀間最小間隔的設定。這些要點共同構成了CSMA/CD協議的核心,確保了乙太網中數據傳輸的高效、可靠性和穩定性。