计算机考研 408 计算机网络 CSMA相关概念及例题
定义
- CSMA：载波监听多路访问（先听后发）
- CD：Collision Detection冲突检测-以太网
- CA：Collision Avoidance冲突避免-wifi
CSMA/CD 规则
- 帧的发送时延 ≥ 信号往返一次的时间, 即争用期
- 发送时延（传输时延、传输延迟） = 数据比特数 / 传输速率（网速bit/s）
- 传输速率（网速）: 网卡每秒能往网线上推多少个 bit, bit/s
- 信号往返一次的时间, 即争用期 = 2 * t (单程传播时延)
- 单程传播时延= 链路长度 / （信号发送时延+传播速度）
- 信号发送+传播速度: 电 / 光信号在网线里跑的速度, m/s
口诀
发时≥往返时，往返两倍单程时；
发时比特除速率，单程长度除速度。
CSMA/CD 最短帧长
以太网协议规定: 最短帧长为64B, 即512 bit
CSMA/CD 争用期
因为最短帧长为64B
当网速为10Mbps, 即10BaseT以太网 : 争用期为51.2μs
当网速为100Mbps, 即100BaseT以太网: 争用期为5.12μs
CSMA/CD 指数退避算法
每次冲突后，设备要等一段时间再重发，等待的时间是「随机数 × 一个争用期（时隙）」。
随机数 = [0, (2^k)−1]
eg: k=4,k为第四次冲突后, 最大随机数为15
注意: k=min(冲突次数,10)
CSMA/CA流程图
【2009年真题】 在一个采用 CSMA/CD 协议的网络中，传输介质是一根完整的电缆，传输速率为 1Gbps，电缆中的信号传播速度是 200 000km/s。若最小数据帧长度减少 800 比特，则最远的两个站点之间的距离至少需要（）。
A. 增加 160m
B. 增加 80m
C. 减少 160m
D. 减少 80m
答: D
发时>=往返时
800bit/1Gbps > = 2L/20000km/s
L=80m
【2016年真题】若 Hub 再生比特流过程中，会产生 1.535μs 延时，信号传播速度为 200m/μs，不考虑以太网帧的前导码，则 H3 与 H4 之间理论上可以相距的最远距离是（ ）。
A.200 m
B.205 m
C.359 m
D.512 m
答: B
单程传输时延为 64B/100Mbps/2 = 2.56μs，又 Hub 再产生比特流的过程中会导致延时 1.535μs，则单程的传播时延为 2.56μs- 1.535μs = 1.025μs，从而 H3 与 H4 之间理论上可以相距的最远距离为 200m/μs x 1.025μs = 205m。
【2019年真题】假设一个采用 CSMA/CD 协议的 100Mbps 局域网，最小帧长是 128 B，则在一个冲突域内两个站点之间的单向传播延时最多是（ ）。
A.2.56 us
B.5.12 us
C.10.24 us
D.20.48 us
答: B
64B 100Mbps 争用期时5.12μs
128 B 100Mbps 争用期时10.24μs单向: 5.12μs
【2023年真题】已知 10BaseT 以太网的争用时间片为 51.2us。若网卡在发送某帧时发生了连续 4 次冲突，则基于二进制指数退避算法确定的再次尝试重发该帧前等待的最长时间是（ ）
A.51.2us
B.204.8us
C.768us
D.819.2us
答: C
2^4-1 = 15
15 * 51.2 = 768us
【2025年真题】现有一 10BaseT 以太网，甲乙处于同一个冲突域，连续发生 11 次冲突，甲再次发送的最大时间间隔为（ ）。
A.0.512ms
B.0.5632ms
C.52.3776ms
D.104.8064ms
答: C
1023×51.2us=52.4288ms
【2026年真题】假设采用 CSMA/CA 的 IEEE 802.11 无线局域网，其数据传输速率为 300 Mbps，DIFS = 128 μs，SIFS = 28 μs。忽略除数据帧以外的其他帧的传输时延及信号传播时延，主机 H 发送一个总长度为 1500 B 的数据帧，则从开始发送数据帧至确认接收方收到所需的时间至少为（ ）。
A.40 us
B.68 us
C.168 us
D.196 us