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載波檢測多重存取

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載波檢測多重存取(英語:Carrier Sense Multiple Access,縮寫:CSMA)是一種媒介訪問控制(MAC)的協定。載波檢測(英語:Carrier Sense)指任何連接到媒介的裝置在欲傳送幀前,必須對媒介進行檢測,當確認其空閒時,才可以傳送。多路訪問(英語:Multiple Access)指多個裝置可以同時訪問媒介,一個裝置傳送的幀也可以被多個裝置接收。

CSMA依檢測/傳送策略的分類

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根據具體的檢測/傳送策略,可將CSMA分為

非持續CSMA(英語:non-persistent CSMA
當要傳送幀的裝置檢測到線路忙或發生碰撞時,會隨機等待一段時間再進行傳送;此策略可以減少碰撞,但會導致信道利用率降低,以及較長的延遲。
1-持續CSMA(英語:1-persistent CSMA
當要傳送幀的裝置檢測到線路忙或發生碰撞時,會持續檢測;若發現不忙則立即傳送。當傳播延遲較長或多個裝置同時傳送幀的可能性較大時,此策略會導致較多的碰撞,導致效能降低。
p-持續CSMA(英語:p-persistent CSMA
當要傳送幀的裝置檢測到線路忙或發生碰撞時,會持續檢測;若發現不忙,則根據一個事先指定的概率p來決定是傳送幀還是繼續檢測(以p的概率傳送,1-p的概率繼續檢測);此種策略可以達到一定的平衡,但對於參數p的組態會涉及比較複雜的考量。
正確使用以上策略可以在一定程度上減少碰撞的發生,但無法徹底解決碰撞問題。

強化 CSMA 的方案

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載波檢測多重存取/碰撞檢測(CSMA/CD)

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英語:Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

此方案要求裝置在傳送幀的同時要對信道進行檢測,以確定是否發生碰撞,若在傳送數據過程中檢測到碰撞,則進行如下碰撞處理操作:

  1. 傳送特殊阻塞資訊並立即停止傳送數據:特殊阻塞資訊是連續幾個位元組的全1訊號,此舉意在強化碰撞,以使得其它裝置能儘快檢測到碰撞發生。
  2. 在固定時間(一開始是1 contention period times)內等待隨機的時間,再次傳送。
  3. 若依舊碰撞,則採用截斷二進制指數避退演算法英語truncated binary exponential backoff進行傳送。即十次之內停止前一次「固定時間」的兩倍時間內隨機再傳送,十次後則停止前一次「固定時間」內隨機再傳送。嘗試16次之後仍然失敗則放棄傳送。

此方案應用於乙太網路(DIX Ethernet V2)標準,IEEE 802.3標準。

載波檢測多重存取/碰撞避免(CSMA/CA)

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英語:Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

此種方案採用主動避免碰撞而非被動偵測的方式來解決碰撞問題。可以滿足那些不易準確偵測是否有碰撞發生的需求,如無線網域

CSMA/CA協定主要使用兩種方法來避免碰撞:

  1. 裝置欲傳送幀(Frame),且幀聽到通道空閒時,維持一段幀間隔時間後,再等待一段隨機的時間依然空閒時,才送出資料。由於各個裝置的等待時間是分別隨機產生的,因此很大可能有所區別,由此可以減少碰撞的可能性。
  2. RTS-CTS三向握手(英語:handshake):裝置欲傳送幀前,先傳送一個很小的RTS(Request to Send)幀給最近的接入點(Access Point),等待目標端回應CTS(Clear to Send)幀後,才開始傳送。此方式可以確保接下來傳送資料時,不會發生碰撞。同時由於RTS幀與CTS幀都很小,讓傳送的無效開銷變小。

此方案應用於無線局域網IEEE 802.11標準。

相關條目

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參考文獻

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Ethernet 通訊協定[永久失效連結]