浅谈传统以太网中碰撞槽时间的作用

郑永春　吉军

摘 要

传统的半双工以太网中，在共享通信介质上，数据采用争用线路来发送信号，在争用过程中会产生信号的碰撞冲突，为了避免和减少冲突的发生，碰撞槽时间参数起到了关键的作用，本文分别从碰撞的产生和碰撞槽时间的作用两个方面进行了论述，以供参考。

【关键词】以太网 CSMA/CD 碰撞槽时间

1 引言

在传统以太网的总线型网络拓扑结构中，由于通信介质的共享，网络设备节点需要采用争用线路的方法来发送信号，为了防止在通信介质上造成冲突，因而采用了CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）载波侦听多路访问/冲突检测技术来实现信号的传输。因为总线结构的特点是多路访问拓扑结构，每个计算机节点使用相同的共享介质相互通信，也就是说，为了避免各个节点发送信号时产生碰撞冲突，要求各个节点在发送前和发送中都要对整个介质进行信号检测，如在某一时刻，当总线上的一台计算机发送信号时，总线上的其他计算机检测出了介质上的这个信号，也就是检测到共享介质处于忙碌状态，这时其他计算机便处于等待状态，等到发送节点信号发送完毕并检测到介质空闲时再发送信号，这就是载波侦听的特点，这个检测也就是冲突检测（CD）。

因为在传统的半双工以太网中，信号只能朝一个方向传送，因此碰撞槽时间就起到了确定网络距离和设备数量的重要参数作用。

2 碰撞的产生

假设局域网的两个最远的端点为节点1和节点2，当节点1向节点2发送信号时，发送一段时间后，信号才能到达节点2。假设当节点1向节点2发送信号的过程中，此时节点2也向节点1发送自己的信号，那么经过一段时间后，节点1和节点2发送的帧信号肯定要发生碰撞，从而产生了冲突，冲突一旦产生，都变成了无用的信号，数据传送就没有意义了。为了避免这种碰撞的产生，节点1和节点2要知道最晚经过多长时间自己发送的数据没有发生碰撞。

假设节点1从开始发送到碰撞时间为τ，节点2从发送信号到碰撞的时间为δ（注：两个节点不是同时发送信号），信号发生碰撞后，节点1经过2τ时间检测到了发生了有碰撞，于是停止发送信号，节点2经过2δ时间检测到发生了碰撞，也停止发送信号。两个节点分别等待一段随机选定的时间（二进制指数退避算法）后，再检测共享介质是否空闲，然后决定是否发送信号。假设碰撞的时间为T，从节点1传送信号到节点2的单程时间为t，碰撞时间的范围就是 0≤T≤2t，也就是T最大取值是2倍的节点1到节点2信号的传播时间，这个时间T就叫做碰撞槽时间。T的极端最大值是2t，这个时间也被称为争用期，又称为冲突窗口，也就是在这个争用期T内，如果没有检测到碰撞的发生，那么就代表共享介质空闲，节点取得使用权，就可以发送数据了，也肯定不会发生碰撞。

3 碰撞的作用

由于碰撞冲突的存在，所以为了减少信号传输过程中的冲突以及冲突发生后，采取有效的恢复措施，同时设定合理的局域网络距离和连接设备就显得尤为重要。

3.1 确定以太网最小帧的长度

在CSMA/CD中，协议规定了帧的最小传输时间至少为一个碰撞槽时间，以太网规定，对于10Mb/S和100Mb/s以太网的碰撞槽时间为512个比特时间或64个二进制字节，1000Mb/s以太网的碰撞槽时间为4096个比特时间或512个二进制字节。因为假设某个节点发送了一个非常短的帧，在发送完毕后发送节点才检测到发生了碰撞，这种情况显然会影响以后信号的发送，没办法保证在接下来信号的传送过程中不会发生冲突，为了避免这种情况发生，因此以太网规定了最短帧长为512比特，即64个字节，这64个字节帧的组成由“目的MAC”占6个字节，“源MAC”占6个字节，“Type”占2个字节，“CRC”占4个字节，再加上实际载荷的最小数据长度46个字节组成。如果要发送的数据非常少，要加入一些填充字节，使帧长不少于64字节。对于10Mb/S以太网，发送512比特的时间需要51.2μs，也就是争用期的时间是51.2μs，如果在争用期内，发送了64个字节没有发生碰撞，那么共享介质就被此节点有效占用，其他节点检测到有信号发生，也就不发送信号了，也就是说后续发送的数据就一定不会发生冲突。任何长度小于64个字节的帧都被看作是由于冲突产生的碎片或者无效帧而被丢弃。

3.2 以太网中网段最大传输范围

CDMA/CD协议中规定，信号在以太网上传播1km大约需要5μs，以太网最大的端到端传输距离必须小于争用期的一半（即25.6μs），则理论上S=（1km /5μs） *25.6μs=5.12km，也就是说以太网的最大端到端长度S约为5km，这足以满足现在以太网的传输范围，同时按照标准，10Mb/s以太网采用中继器时，连接最大长度为2500米，最多经过4个中继器 ，因此，以太网都能在争用期51.2μs内检测到可能发生碰撞。如果共享以太网网络扩展得太大，就会使碰撞槽时间变长，容易导致发生延迟冲突，所以说碰撞槽时间确定了最大网段的大小限制。

4 结论

总之，在实际应用中，碰撞槽的时间还要考虑信号在集线器等物理层产生的延迟时间，帧在媒体上的传播速度等因素，通过计算机碰撞槽时间定义了网络电缆的最大长度和共享介质以太网网段所能使用的集线器个数，所以说碰撞槽时间在以太网中是一个极为重要的参数。

参考文献

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[3] 王凤英等.计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2010（02）.

[4] Mark A.Dye，Rick McDonald，Antoon W.Rufi.思科网络技术学院教程[M].北京：人民邮电出版社，2009（01）.

作者简介

郑永春（1972-），男 ，硕士学位。现供职于长春工程学院。主要研究方向为软件工程。

吉军（1963-），男，大学本科学历。现供职于长春工程学院。主要研究方向为计算机应用。

作者单位

长春工程学院计算机技术与工程学院 吉林省长春市 130012endprint