CSMA/CD 的效率

先决条件 –以太网简介，CSMA/CD载波侦听多路访问和冲突检测 (CSMA/CD) 基础 – CSMA 方法没有告诉我们在发生冲突时该怎么做。带有冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD) 添加到 CSMA 算法以处理冲突。在 CSMA/CD 中，帧的大小必须足够大，以便发送方可以在发送帧时检测到冲突。因此，帧传输延迟必须至少是最大传播延迟的两倍。假设某个站点传输数据包并成功到达目的地，但这只是最好的情况，所以我们必须采取最坏的情况，在这种情况下会有竞争时隙。竞争时隙是那些由于碰撞而无法传输其旅程的时隙。假设 A 站发送数据但发生碰撞，最坏情况下浪费的时间是2Tp ，然后某个 B 站找到了一种传输数据的方法，因此花了（如图所示）

Tp ( propagation delay) + Tt(transmission time)

现在我们不知道有多少竞争槽，所以我们认为最坏的情况是有n 个竞争槽。

Efficiency = Tt / ( C*2*Tp + Tt + Tp)  
Tt ? transmission time
Tp ? propagation time
C  ? number of collision

在 CSMA/CD 中，为了成功，只有 1 个站点应该传输而其他站点不应该传输。设 p 为成功传输数据的概率。

P(success) = nC1 * p * (1-p)n-1 (by using Binomial distribution)

对于最大 P（成功），对 p 进行微分并等于零（以获得最大值和最小值）。

We get P(max) = 1/e 

在获得第一次成功之前我们需要尝试的次数

1/P(MAX) = 1/(1/e) = e

这里我们需要尝试 (C) = e 的次数。将 a = Tt/Tp 除以 T 效率 = Tt / (C* 2 * Tp + Tt + Tp) 我们得到，

Efficiency = 1/(e*2a + 1 + a)
a = Tp/Tt
e = 2.72

Now 
Efficiency = 1/( 1 + 6.44a)

效率的进一步分析：

Efficiency = 1/ (1 + 6.44a)

           = 1/ {1 + 6.44(Tp/Tt)}

           = 1/ {1 + 6.44((distance/speed)/(packet length/Bandwidth))}
           
           = 1/ {1+ 6.44 ((distance * bandwidth)/ (speed*packet length))}

从这个推导中，我们可以得出许多关系：

• 如果距离增加，CSMA 的效率就会降低。
• CSMA 不适用于 WAN 等长距离网络，但最适合 LAN。
• 如果数据包的长度更大，CSMA 的效率也会提高；但长度的最大限制是 1500 字节。
• 传输时间 >= 2*传播时间

GATE CS 角问题练习以下问题将帮助您测试您的知识。所有问题都在前几年的 GATE 或 GATE 模拟测试中提出。强烈建议您练习它们。

1. GATE CS 2003，问题 90
2. GATE CS 2015（第 3 组），问题 65
3. GATE IT 2005，问题 27
4. GATE IT 2005，问题 71
5. GATE CS 2016（第 2 组），问题 63
6. GATE IT 2008，问题 63