了解载波侦听多路访问CSMA（上）

1.CSMA的思想

        CSMA的全称是Carrier Sense Multiple Access，在笔者的理解中，其更趋向于一种理论研究的随机接入协议，或者说，基于其思想诞生了比如CSMA/CD与CSMA/CA这样的具体协议。CSMA可以分成以下三种：

• 1-persistentes CSMA（1坚持-CSMA）
• 0-persistentes CSMA（0坚持-CSMA）
• p-persistentes CSMA（p坚持-CSMA）

        从历史上而言，CSMA实际上是源于aloha协议，为了理清协议的设计思路的脉络关系，我们还是有必要对原始的aloha协议做一个说明。Aloha是为无线工作环境设计的一个协议，其最初的思想很简单：“一个aloha节点只要有数据的话，该节点就可以立即发送。当该节点数据发送完之后，其需要等待接收方反馈的ACK。若成功接收到ACK之后，那么这一次传输成功。如果没有收到ACK的话，那么这一次传输失败。该aloha节点会认为网络中还存在另外一个aloha节点也在发送数据，所以造成接收方发生了冲突。最后这些冲突的节点会随机选择一个时间进行回退（backoff），以避免下一次冲突。若冲突节点回退完成，其才可以重新进行发送"。 

        实际上从初始的aloha协议中，我们就可以看到现在CSMA/CA的影子，网络协议的设计都是符合KISS原则的（Keep It Simple and Stupid），所以实际中我们所应用到的网络协议，其思想都不会是特别复杂。基于aloha协议的思想，CSMA协议对其最大的改进即是引入了LBT机制（Listen Before Talk），在CSMA中的CS（Carrier Sense）即是指Listen监听机制。在LBT机制下CSMA的思想就是：“CSMA节点在每一次发送之前先监听信道是否是空闲的，如果信道不是空闲的话，那么就不发送数据，等待一会再进行尝试。只有确保是空闲的情况下，才可以发送数据，从而避免打断其他节点正在进行的传输过程"。 

 2.CSMA的工作机制

        具体CSMA的工作机制关联着我们之前所叙述的三种CSMA模式，以下我们分别进行叙述：

• 1-persistentes CSMA：“节点需要持续监听信道，一旦节点发现信道空闲后，则立刻发送数据。”。
• 0-persistentes CSMA：“节点不连续监听信道，若该时刻节点监听信道为busy，那么等待一段时间后，再次进行监听。若节点该时刻监听信道为空闲，则立刻发送数据。”
• p-persistentes CSMA：“节点需要持续监听信道，一旦发现信道空闲后，节点以p的概率立刻发送数据，以1-p的概率不发送数据。若节点该时刻不发送数据，那么等待一段时间后，再次进行监听，并以p概率再次发送”。（注：这里所述的p概率可以理解成抛骰子赌大小，如果抛大，那么就发送，反之不发送。其中抛大的概率就是p，而抛小的概率就是1-p）

        在以上三种CSMA机制中，若节点传输发送冲突，则类似aloha的基本算法，随机等待一个时间之后，再次进行重试。以上，我们分析了CSMA的基本工作模式，或者称之为CSMA的基本思想，接下来，我们具体讨论有线网络所应用到的CSMA/CD协议。