1.IEEE 802.3 MAC层协议概述
以太网系统由3个基本单元组成：物理介质，用于传输计算机之间的以太网信号；媒体访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得计算机可以公平地使用共享以太网信道；以太帧，由一组标准比特位构成，用于传输数据。option82
1.1 IEEE 802.3协议结构 在所有IEEE 802协议中，OSI数据链路层被划分为两个IEEE 802子层，即：媒体访问控制（MAC）子层和MAC客户端子层。IEEE 802.3物理层对应于OSI参考模型的物理层。
MAC子层有以下几个基本职能。
1.1.1数据封装
发送和接收数据封装。包括成帧、编址和差错检测等。当LLC子层请求发送一帧时，MAC子层的发送数据封装部分用LLC子层所提供的数据结构组帧，它将一个前导码P和一个帧起始定界符SFD附加到帧的开头部分，还将PAD附加到结尾部分，以确保传送帧的长度满足最小帧 长的要求，它还要附加目的地址和源地址，长度计数字段和帧校验序列，然后把组成的帧交给MAC子层的发送媒体访问管理部分以供发送。
1.1.2 发送媒体访问管理
借助于监视物理层收发信号（PLS）部分提供的载波监听信号，发送媒体访问管理设法避免发送信号与媒体上其他信息发生冲突。在媒体空闲时，经短暂的帧间延迟（提供给媒体恢复时间）之后，就启动帧发送，然后，MAC子层将串行位流送给PLS接口以供发送，PLS完成产生媒体上电信号的任务。同时，监视媒体和产生冲突检测信号。在没有争用的情况下，即完成发送。完成发送后，MAC子层通过LLC与MAC间的接口通知LLC子层，等待下一个发送请求。假如产生冲突，PLS接通冲突检测信号，接着发送媒体访问管理开始处理冲突。首先，它发送一个称为阻塞（Jam）的位序列来强制冲突，这就保证了有足够的冲突持续时间，以使其他与冲突有关的发送站都得到通知，在阻塞信号结束时，发送媒体访问管理就停止发送。发送媒体访问管理在随机选择的时间间隔后再进行重发尝试，在重复的冲突面前反复进行重发尝试，发送媒体访问管理用二进制位数指数退避算法调整媒体负载。然后，或者重发成功，或者媒体故障或过载的情况下，放弃重发尝试。 1.1.3 接收媒体访问管理
首先由PLS检测到达帧，使接收与前导码同步，并接通载波监听信号。接收媒体访问管理部件要检测到达的帧是否错误，帧长是否超过最大长度，是否为8位的整倍数，还要过滤冲突的信号，即把小于最小长度的帧过滤掉。
1.1.4 接收数据解封
这一部分检验帧的目的地址字段，决定本站是否应该接收该帧，如地址符合，将送到LLC子层，并进行差错检验。ciir
重商主义 媒体访问控制（MAC）客户端子层可能是以下一种。
逻辑链路控制（LLC）：皂基提供终端协议栈的以太网MAC和上层之间的接口，其中LLC由IEEE 802.2标准定义。
网桥实体：提供局域网之间的LAN -to- LAN接口，可以使用同种协议（如以太网到以太网）和不同的协议（如以太网到令牌环）之间。网桥实体由IEEE 802.1标准定义。
1.2 以太网基本工作原理
以太网上的每台计算机都能独立运行，不存在中心控制器。连接到以太网的所有工作站都接入共享信令系统，又称为介质。要发送数据时，工作站首先监听信道，如果信道空闲，即可以以太帧或数据包格式传输数据。每帧传输完毕之后，各工作站必须公平争取下一帧的传输机会。对于共享信道的访问取决于嵌入到每个工作站的以太网接口的媒体访问控制机制。该机制建立在载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）基础上。
2.CSMA/CD 协议的具体分析
IEEE 802.3是一个使用CSMA／CD媒体访问控制方法的LAN的综合性标准。从逻辑上可以划分为两大部分：数据链路层的媒体访问控制子层（MAC）和物理层。它严格对应于ISO开放系统互连模式的最低两层。LLC子层和MAC子层在一起完成OSI模式的数据链路层的功能。
2.1 协议规则 （如图1）
2.1.1载波侦听
通过专门的检测机构在站点准备发送前先侦听一下总线
上是否有数据正在传
2.1.2 冲突检测
数据发送后也可能发生数据碰撞，因此要对数据边发送边
接收以判断是否冲突了。
2.1.3 干扰（拥挤）
发送特殊阻塞信息并立即停止发送数据特，殊阻塞信息是
连续几个字节的全1信号，此举意在强化冲突，使得其它设备
能尽快检测到冲突发生。
2.1.4 等待
在固定时间内等待随机的时间再次发送，若碰撞依旧，则
采用退避算法进行发送。
图1 CSMA/CD协议流程
2.2 具体退避机制
注塑工艺
CSMA/CD协议使用的退避算法称为二进制指数类型退避算法，具体进行如下：
2.2.1
电子测距仪
确定基本退避时间（基数），一般定为2τ，也就是一个争用期时间（在总线传输线路上，单程端到端的传输时延记做t。一个站点在发出数据到接收到线路冲突的时间小于等于2倍τ，也就是时延为2τ，这个时间被称为争用期），对于以太网就是51.2μs。
2.2.2
定义一个参数K，为重传次数，K＝min[重传次数，10]，可见K≤10。
2.2.3
从离散型整数集合[0，1，2，……，(2^k－1)]中，随机取出一个数记做R。 那么重传所需要的退避时间为R倍的基本退避时间：即：T＝R×2τ。
2.2.4
同时，重传也不是无休止的进行，当重传16次不成功，就丢弃该帧，传输失败，报告给高层协议。
如：第一次冲突，随机退避常数为0~1 （2^1 - 1）
第二次冲突，随机退避常数为0~3 （2^2 - 1）
第三次冲突，随机退避常数为0~7 （2^3 - 1）
……
第十次冲突，随机退避常数为0~1023 （2^10 -1）
直到第十六次，该常数一直保持为0~1023
如此可见，重传数次越多，则退避的时间就越长，称为动态退避。
2.3 有效性及公平性评价
该机制中所有站点共享一条传输线路（总线），每个站点在传输数据之前都要侦听线路
上是否空闲，当多个站点要求接入信道，而MAC协议没有对某个站点显示出倾向性，则说明此协议具有公平性。另外，由于CSMA/CD协议可以一边检测冲突，一边收发数据，一旦检测到冲突，立即停止数据收发，并且退避时间为随机的，对冲突处理速度较快，所以具有一定的有效性。
3. 结论
CSMA/CD协议的退避机制在以太网中得到很大的应用，很适合此种总线结构上的数据传输。本文通过对此协议的退避机制的分析以及对其性能的评价，了解了退避算法在协议中的重要用途，深化了对MAC层协议的认识。
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