一、概述

CSMA/CD  是一种基于竞争的MAC 协议，用于协调共享以太网中多个站点数据发送。

主要分为三个要点：载波监听 、多点接入 以及冲突检测 ，应用在物理链路层。

1.1 载波监听

载波监听 是指每个连接在以太网上的站点在发送数据之前，都要先检测总线上是否有数据在传输。如果有，则暂时不发送数据，避免 数据冲突；如果没有，则发送数据。

1.2 多点接入

多点接入 表示多个计算机站点以多点接入的方式连接到同一根总线上。

1.3 冲突检测

冲突检测  的意思是在某一空闲时刻，可能有多个站点同时发送数据导致数据冲突，此时站点应该检测是否有数据冲突，如果有数据冲突，应立即停止数据发送。

二、争用期

电信号在介质上传输的速率是有限的，传输也会产生时延，在一条一千米的电缆上传播时延约为5μs 。

由于以太网的限制，站点之间最长允许2.5km  的连接（4个中继站点连接5根500米电缆），站点间来回一共5km  需要25μs 延时。

假设A、B两个站点之间的距离刚好为2500m ，数据的传输时间为τ ，A向B发送一个帧，B要经过时间τ 后才能收到A的数据。这段时间内，B可以认为线路是空闲的，如果这个时间段向A发送一个帧，两个帧在线路中途相遇就会发生冲突。

为了解决这种冲突，CSMA/CD 首先采用了载波监听的策略，监听到空闲就发送数据，载波监听  的作用是确保发送的时候线路是空闲的。数据发送后，站点还要监听，监听数据发送中途是否有冲突产生，如果听到冲突发生，站点应立即停止发送数据，等待一定的时间后再发送，而由于时延的存在，冲突是不可避免的。一个数据冲突的模型为：

图中，A向B发送数据，传播时间为τ，在A发送后的t(t<τ)时间，B站也发送数据，此时中途数据就会发生碰撞。由图可以得知，A站点要检测到冲突，最多需要2τ时间。即当δ为0的时候，也就是在A的数据到达B的前一刻B站也发送数据的时候。如果A发送数据后经过2τ时间还没有收到碰撞信号的话，就说明数据没有产生碰撞，A数据发送成功。

正常情况下，站点检测到冲突后，除了立即停止正常发送以外，还要发送若干比特的人为干扰信号强化冲突，使得所有的站点都能收到冲突信号。

这个2τ 的时间称为争用期 ，或者是碰撞窗口 ，在这段时间内如果没有检测到碰撞，那么本次发送就不会产生冲突了。

以太网把争用期设置为51.2μs ，这个时间的得来没有找到合适的答案，一个比较有说服力的说法是：端到端5000m 时延需要25μs ，来回需要经过8个中继站，信号在中继站中转的途中也会消耗时间，总共约为20μs ，再加上发送强化冲突数据的时间一共51.2μs 。

三、二进制指数退避算法

在数据发生冲突后，站点需要立即停止数据的发送，并等待一定的时间后再次发送，这个时间由二进制指数退避算法得来。

二进制指数退避算法的具体表现为：

• 把争用期2τ作为基本退避时间
• 从整数集合{0, 1, ..., (2^k) - 1}中抓取一个整数，记为r ，推迟发送的时间为r*2τ，其中k的取值规则为：当重传次数不超过十次时，k等于重传次数，超过10次时，k不再增大，一直等于10。
• 当重发次数到达16次还不能成功时，抛弃当前数据包，向上层应用报告。