【网工|知识升华版|理论】ARQ机制|CSMA/CD协议
目录
■ARQ机制
▲ARQ简介
▲停等ARQ
▲连续ARQ
■CSMA/CD协议
▲媒体共享技术
▲CSMA/CD协议的要点
▲CSMA/CD协议工作流程
▲碰撞后重传的时机
■ARQ机制
▲ARQ简介
ARQ协议，即自动重传请求(Automatic Repeat-reQuest)，是OSI模型中的数据链路层和传输层错误纠正协议之一，它通过使用确认和重传这两个机制，在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输，是一种面向连接的协议。
如果发送方在发送后一段时间之内没有收到确认帧，它通常会重新发送。
重传的请求是自动进行的，接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组。
ARQ包括停止等待ARQ协议和连续ARQ协议。
注：数据链路层的HDLC协议、传输层的TCP协议均使用了ARQ机制。
▲停等ARQ
发送方和接收方都只有大小为1的滑动窗口。每当发送方发送一个分组时，就会开启一个计时器，一旦超时，就重发分组，这意味着，当收到接收方发来的ACK前，发送方都必须将已发送的分组留在窗口中而不可删除。在收到确认后再发送下一个分组。
分组错误、分组丢失会引发重传；确认丢失或者迟到会引发重复帧。
优点：简单；缺点：信道利用率低。
▲连续ARQ
发送窗口：发送方维持一个发送窗口，位于发送窗口内的分组都可被连续发送出去，而不需要等待对方的确认。
发送窗口滑动：发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。
累积确认：接收方对按序到达的最后一个分组发送确认，表示到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。优点：容易实现，即使确认丢失也不必重传。缺点：不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。
流水线传输：在收到确认之前，发送方连续发出多个分组。由于信道上一直有数据不间断地传送，流水线传输可获得很高的信道利用率。连续ARQ协议和滑动窗口协议采用流水线传输方式。
- 回退N帧(Go-Back-N)GBN
发送方收到ACK前可以同时连续发送多个分组；
最大发送窗口为序列号窗口-1，即<= 2^n - 1，n表示帧编号字段的位数；
但接收方只能缓冲一个分组（窗口大小为1）；
确认号ACK是累积的，这对于ACK报文的丢失尤其有用。
- 选择重传(Selective Repeat) SR
发送窗口和接收窗口大小一致；
最大窗口序列号窗口一半，即<= 2^(n-1)，n表示帧编号字段的位数。
接收窗口允许储存失序分组，直到成为连续分组。
与 GBN 不同，SR 的确认号不是累积的，仅定义为本次收到的报文，对其他分组没有反馈。
- 超时重传时间RTO
不能太短，否则会引起很多报文段的不必要的重传，使网络负荷增大；
不能过长，会使网络的空闲时间增大，降低了传输效率。
主要参考往返时间RTT，称之为加权平均往返时间RTTs。
RTO(Retransmission Time-Out)应略大于加权平均往返时间RTTs。
停等ARQ（发完后等待暂停，收到了确认再发下一分组）
连续ARQ（流水线传输/滑动窗口/累积累认、回退N帧/选择重传、RTT/RTO）
■CSMA/CD协议
传统局域网工作机制：采用广播通信方式，为了实现一对一通信，将接收站的硬件地址写入帧首部中的目的地址字段中。仅当数据帧中的目的地址与适配器硬件地址一致时，才能接收这个数据帧。
▲媒体共享技术
静态划分信道：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用。
动态媒体接入控制（多点接入）：
①随机接入：所有的用户可随机地发送信息。
②受控接入：用户必须服从一定的控制。如轮询（polling）。
▲CSMA/CD协议的要点
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):载波监听多点接入/碰撞检测。
多点接入：说明这是总线型网络。许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
载波监听：即“边发送边监听”。不管在想要发送数据之前，还是在发送数据之中，每个站都必须不停地检测信道。
碰撞检测：适配器边发送数据，边检测信道上的信号电压的变化情况。电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞（或冲突）。
▲CSMA/CD协议工作流程
▲碰撞后重传的时机
采用截断二进制指数退避(truncated binary exponential backoff)确定；发生碰撞的站停止发送数据后，要退避一个随机时间后再发送数据。
10 Mbit/s以太网用期的长度
争用期的长度 = 51.2μs。
对于10Mbit/s以太网，在争用期内可发送512 bit，即64字节。这意味：
- 以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。
- 以太网规定了最短有效帧长为64字节。凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧，应当立即将其丢弃。
CSMA/CD协议的要点（载波侦听、多点接入、冲突检测）
CSMA/CD协议工作流程（先听后发，边发边听，碰撞停止，随机延发）
二进制退避指数算法（[0，1，..，（2^k - 1）]中随机地取出一个数）
至此，本文分享的内容就结束了。