一个动画看懂网络原理之CSMA/CD的工作原理

在计算机网络技术课程讲授过程中，讲解至传统共享型即总线型网络数据传输时，会涉及到CSMA/CD协议（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)。本节就CSMA/CD的工作原理，做详细介绍。

CSMA/CD协议（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)，是一种争用型的介质访问控制协议。

一、CSMA/CD控制方式优点

原理简单，易实现。各工作站地位相同，无需集中控制，无优先级控制。当网络负载增大时，数据发送时间增长，数据发送及传输效率下降。

二、CSMA/CD控制方式原理

各工作站在发送数据前，需先侦听信道是否空闲。若空闲，则立即发送数据；若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突；若侦听到冲突，则所有节点立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试发送。如下图所示：

CSMA/CD控制方式原理

其原理可总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。

三、CSMA/CD控制方式作用

提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。

实际上该控制方式并没有完全解决数据冲突问题，这也是CSMA/CA出现的原因。CSMA/CA也是CSMA/CD的升级版。

四、CSMA/CD控制方式特点

CSMA/CD对工作站个数不是很敏感，对实际的输入负载比较敏感，对传播时延比较敏感，且冲突不可避免。其介质利用率随a的上升下降较快，适合通信量不大，交互频繁的场合。CSMA/CD帧越长，吞吐量越大，要求帧具有最小长度，当有许多短消息时，带宽浪费严重。在轻负载时提供最短延迟，但对重负载敏感。

五、关于“等待一段随机时间”的解释

“等待一段随机时间”实际上是退避算法的另一种解释，其算法特点如下：

非坚持的CSMA：线路忙，则等待一段时间，再监听；不忙时，立即发送；减少冲突，信道利用率降低。

1坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，立即发送；信道利用率提高，冲突增大。

p坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，根据p概率进行发送，另外的1-p概率为继续侦听（p是一个指定概率值）。

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