以太网CSMA/CD发送与接收工作过程详解

以太网技术是局域网中最常见的通信技术之一，其中CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）机制是其核心工作方式，尤其在传统半双工以太网中扮演重要角色。下面详细解析CSMA/CD的发送与接收工作过程。

一、发送过程

1. 载波侦听（Carrier Sense）：站点在发送数据前先侦听信道，若信道空闲（无信号传输），则准备发送；若信道忙，则持续等待直至空闲。
2. 多路访问（Multiple Access）：多个站点共享同一信道，任一站点在信道空闲时均可尝试发送数据。
3. 冲突检测（Collision Detection）：在发送数据的站点继续侦听信道。若检测到冲突（即其他站点也在发送，导致信号叠加），立即停止发送，并发送一个短干扰信号（Jamming Signal）以通知所有站点发生冲突。
4. 退避算法（Backoff Algorithm）：冲突发生后，站点等待一段随机时间（通过二进制指数退避算法计算），然后重新尝试发送。此过程可重复，直至数据成功发送或达到最大重试次数。

二、接收过程

1. 帧接收：站点持续监听信道，当检测到信号时，开始接收数据帧。
2. 帧校验：接收完毕后，对帧进行校验（如CRC校验）。若帧完整且无误，则处理数据；若帧损坏或发生冲突，则丢弃该帧。
3. 冲突处理：在接收过程中，若检测到冲突（如信号异常），接收站点会忽略当前帧，等待发送方重传。

三、CSMA/CD的局限性与发展
虽然CSMA/CD在早期以太网（如10BASE5、10BASE2）中广泛应用，但随着全双工交换式以太网的普及，其重要性逐渐下降。全双工模式下，发送和接收通道独立，避免了冲突，因此CSMA/CD不再必需。理解CSMA/CD的工作过程对于掌握以太网演进历史和网络基础原理仍具有重要意义。

CSMA/CD通过载波侦听、冲突检测和退避机制，有效协调多站点共享信道，确保了以太网的可靠通信。这一机制为后续网络技术的发展奠定了基础，并在现代网络教育中仍被视为经典案例。