CSMA/CD协议

CSMA/CD协议详解

CSMA/CD 全称是：

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
（载波监听多路访问/碰撞检测）

它是一种总线型网络（如以太网）中用于协调多个设备共享一条信道的协议。

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名字拆解

• CS（Carrier Sense）= 载波监听
  在发送前先“听一听”信道上有没有其他设备在传输数据。

• MA（Multiple Access）= 多路访问
  网络上多个设备共享同一个传输介质。

• CD（Collision Detection）= 碰撞检测
  一旦发现数据碰撞，马上停止发送，并通知其他设备重发。

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工作流程

1. 监听（Carrier Sense）
   设备要发送数据前，先监听信道：

   • 如果信道是空闲的 ➔ 开始发送数据。
   • 如果信道是忙碌的 ➔ 等待一段时间再重试。

2. 发送（Send）
   监听到信道空闲后，开始发送数据。

3. 检测碰撞（Collision Detection）
   在发送过程中，设备持续监听是否发生“碰撞”。碰撞是指：

   • 两台设备几乎同时判断信道空闲，然后都开始发送 ➔ 数据冲突。

4. 响应碰撞（Collision Handling）
   如果发现发生了碰撞：

   • 设备立即发送一个干扰信号，通知其他设备“发生碰撞”。
   • 然后停止发送数据。

5. 重发（Retry）
   发生碰撞的设备会：

   • 等待一个随机的退避时间（使用二进制指数退避算法）。
   • 然后重新尝试发送。

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示例

假设有三台电脑 A、B、C 连接到同一个Hub：

1. A想发数据，监听发现信道空闲 ➔ 开始发送。
2. B几乎同时也想发数据，也监听发现空闲 ➔ 也开始发送。
3. 数据发生冲突，A和B都发现了碰撞 ➔ 发送干扰信号 ➔ 停止发送。
4. A和B随机等待不同的时间 ➔ 再次尝试发送。

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特点和局限

特点	说明
简单高效	在网络设备较少、流量不大时很有效。
碰撞域大	所有设备共享信道，碰撞风险高。
带宽共享	所有设备共享带宽，效率低于交换式网络。
半双工	只能实现半双工通信（发送和接收不能同时进行）。
已被淘汰	现代交换机采用全双工通信和交换机制，几乎不再使用CSMA/CD协议。

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总结

CSMA/CD协议是以太网中用于防止数据冲突的机制，它通过“先监听、边发送边检测碰撞、碰撞后退避重发”的流程来协调多台设备共享一条链路。