摘 要: 以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴电缆作为公共传输总线，所有计算机共享一条总线，如何协调实现共享，成为以太网要解决的首要问题。
关键词：退避算法，争用期，载波侦听多路访问
1 引言
在以太网中，任何结点都可以随机地向总线发送信息，并且网中不存在集中 控制的结点，这种介质访问控制属于随机争用型方法。所有的结点都直接连到公 共信道上发送和接收数据，因此，对信道的访问是以多路访问方式进行的。任一 结点都可以将数据帧发送到总线上，而所有连接在信道上的结点都能检测到该帧， 因此，我们说以太网是一种广播网络。当目的结点检测到该数据帧的目的地址 (MAC 地址)为本结点地址时，就接收该帧，同时给源结点返回一个响应信号， 其他结点不接收该帧。
2 产生冲突的原因
电磁波在总线上是以有限的速率传播的，当某站点 A 已经 往总线里发送信号，信号正在传输，未到达站点 B 时，站点 B 这时监听不到总线 有信号，认为总线空闲，它也往总线发送信号，从而产生了冲突。
3 本文的算法
3.1概述
3.2建立一个数据模型
假定 A 到 B 的距离是 1km，信号从 A 传到 B 的时间τ=5μs。
(1)t=0 时，A 开始发送信号，因信号还没到达 B，所有 B 检测到总线空闲
(2)(2)t=3μs，A 信号还没到达 B，B 检测到总线空闲，发送信号。
(3) (3)t=4μs，A 和 B 发生碰撞。
(4)(4)t=5μs，B 检测到发生碰撞。
(5) (5)t=8μs，A 检测到碰撞。
3.3 争用期碰撞概率
在这，τ成为端到端时延(一般取以太网中距离最远的站点间的时延)，2τ称为以太网端到端往返的时延，称为争用期，因为这段时间里会发生冲突，如果一次发送在争用期没发生碰撞，那么这次发送就不会发生碰撞。
如果发生碰撞，发送站点不是立即重新发送，要推迟(退避)一个随机时间 才能再发送数据，以减少冲突的概率。以太网采用二进制指数类型退避算法来确定退避时间。
3.4 算法过程
(1)确定基本退避时间，一般是取为争用期 2τ。
(2)定义重传次数 k，k≤10，即 k=Min[重传次数，[10]。
(3)从整数集合[0，1，...，(2k−1)]中随机地取出一个数，记为 r。重传所需 的时延就是 r 倍的基本退避时间，即 2τr。
(4)当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，表明网络太拥挤，要向高层 报告。
例如:第一次发生冲突，要进行重传，重传时 k=1，再重传 k=2，依此类推到 k=16。当 k=1 时，r=0 或 1，退避时间为 0 或 2τ;当 k=2 时，r=0，1，2，3，退避 时间为随机选择 0，2τ，4τ，6τ中的任一个，依此类推，第 i 次发生冲突，退避时 间为随机选择 0~(2i−1)倍的 2τ中的一个。
以太网的争用时间为 51.2μs，是根据信号的速率和以太网中距离最远的站点 间的距离计算得来。对于 10Mbit/s 的标准以太网，争用期内大概可以发送 64B， 如果某个站点已经成功发送了 64B 的数据，接下来发送的数据再也不会发生冲突 了。反过来说，站点一旦检测到冲突，立即停止发生数据，那么它发送出去的数 据一定小于 64B。因此，以太网内传输小于 64B 的数据的包，会被认为是发生了 冲突。为了确保所有计算机在数据发送完毕之前，都能接收到冲突信号，以太网 规定最小有效帧为 64B。同时还规定了最大帧，因为如果某个站点发送特长的数 据帧，那其他站点就必须等待很长的时间才能发送数据，对于站点不公平。
3.4 试验结果
发送站点在发送数据时要同时侦听总线，若侦听到总线有干扰 信号，则表示产生了冲突，于是就要停止发送数据，计算出退避等待时间并等待，再准备重新发送信息。发送站点一面将信息发送到总线上，一面用接收器从总线上接收信息。如果两者相同，则继续发送;如果不一致， 说明发生了冲突，应停止发送信息，并发送干扰信号警告所有的其他站点。
当有两个或更多的结点在同一时间发送了数据，在信道上就造成了帧的重叠， 导致冲突出现。为了克服这种冲突，以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD)技术，来解决总线的共享问题。CSMA/CD 协议是IEEE802.3 的核心协议，采取随机争用型的介质访问控制方法。应用于局域网的 MAC 子层，它能协调同一时间内只有一台计算机在使用总线发送数据。
论文作者:端木占军
论文发表刊物:《科技中国》2017年11期
论文发表时间:2018/5/2
标签：总线论文; 结点论文; 以太网论文; 信号论文; 站点论文; 数据论文; 冲突论文; 《科技中国》2017年11期论文;