一、引述

載波偵聽多路訪問／碰撞檢測（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）技術是IEEE 802標準委員會（LMSC）定義的多種媒體訪問控制方法中的一種，即IEEE 802網(wǎng)絡家族的一種。它是實現(xiàn)局域網(wǎng)（LAN）最初采用的媒體訪問控制方法，支持各類物理媒體和眾多傳輸速率。

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1、淵源

CSMA/CD技術源于20世紀70年代夏威夷大學的ALOHA無線通信系統(tǒng)，基本思想是發(fā)送方有數(shù)據(jù)時就發(fā)送，但發(fā)送的同時需要通過對反饋的信息的監(jiān)聽來決定是否發(fā)生了發(fā)送沖突。1980年，以施樂（Xerox）公司為先導，后來Intel和DEC公司加盟后進行了聯(lián)合開發(fā)工作，由此產(chǎn)生了三家聯(lián)合發(fā)布的“以太局域系統(tǒng)（Ethernet）”，成為將ALOHA系統(tǒng)技術應用于在基帶通信電纜上的第一個CSMA/CD局域網(wǎng)系統(tǒng)。IEEE 802標準委員會在開始研究局域網(wǎng)系統(tǒng)時，將該技術作為辦公自動化用局域網(wǎng)的基本技術。盡管新的IEEE 802.3文本所涵蓋的局域網(wǎng)技術，從協(xié)議內(nèi)部體系結構所使用的通信媒體的覆蓋范圍，到通信速率范圍等方面都與原“以太網(wǎng)”有了很大的變化，但人們習慣上仍使用“以太網(wǎng)”一詞來代表基于CSMA/CD技術或由此演變而來的一類局域網(wǎng)。

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2、IEEE 802.3工作組與802.3標準

為了研究以CSMA/CD技術做為媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)絡，IEEE 802標準委員會（LMSC）專門成立了一個工作組，工作組編號IEEE 802.3，稱為以太網(wǎng)工作組，研究的成果以IEEE 802.3x文檔發(fā)布，成為LMSC的標準集。IEEE 802.3x標準族是由眾多獨立的標準文件構成，且在不斷的編制發(fā)布新的標準或修訂原有的標準。由于IEEE 802.3x標準族太多，為了便于使用，LMSC將其合并發(fā)布，并將其作為版本不斷更新修訂。截止到2022年7月，已發(fā)布了IEEE 802.3-2022版本，即IEEE 802.3-2022《IEEE Standard for Ethernet》。

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早期的IEEE 802.3文本與原施樂公司的“以太網(wǎng)”一樣，也采用基帶同軸電纜為通信媒體，傳輸速率也是10Mbit/s，但為了適應更大的用戶數(shù)量需要，MAC子層的幀中的源地址和目的地址字段長度都由原來的兩字節(jié)擴展為6字節(jié)。此外，除定義了協(xié)議與接口之外，還定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的服務，在形式上更符合ISO文本格式。

3、IEEE 802.3標準的國際標準與國內(nèi)標準

為了使IEEE 802標準在國際上推廣使用，已被國際標準化組織（ISO）吸收轉(zhuǎn)化為國際標準，IEEE 802.3標準被發(fā)布為ISO/IEC 8022-3《信息技術 局域網(wǎng) 第3部分 帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的訪問方法和物理層規(guī)范》；后修訂為ISO/IEC 8022-3《信息技術 系統(tǒng)間遠程通信和信息交換 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) 特定要求 第3部分 帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的訪問方法和物理層規(guī)范》；再后被修訂為ISO/IEC 8022-3《信息系統(tǒng)間電信和信息交換 局域網(wǎng)與城域網(wǎng)要求 第3部分 以太網(wǎng)標準》。

我國曾在1995年首次將ISO/IEC 8022-3：1990轉(zhuǎn)化為國內(nèi)標準GB/T 15629.3-1995《信息處理系統(tǒng) 局域網(wǎng) 第3部分 帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的訪問方法和物理層規(guī)范》（兩者的一致性程度為等同采用（IDT））。后在2014年又將ISO/IEC 8022-3：2000版本轉(zhuǎn)化為國內(nèi)標準，被發(fā)布為GB/T 15629.3-2014《信息技術 系統(tǒng)間遠程通信和信息交換 局域網(wǎng)和城域網(wǎng) 特定要求 第3部分：帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的訪問方法和物理層規(guī)范》，其與ISO/IEC 8022-3：2000版本（英文版）的一致性程度為重新起草法修改采用（MOD）。兩者的差異詳見GB/T 15629.3-2014標準原文中前言的說明。

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下述將以我國現(xiàn)行GB/T 15629.3-2014標準版本來簡要介紹基于CSMA/CD技術局域網(wǎng)的相關內(nèi)容。若要詳細了解GB/T 15629.3-2014標準具體內(nèi)容的請查閱下附件。

附件：GB/T 15629.3-2014《信息技術 系統(tǒng)間遠程通信和信息交換 局域網(wǎng)和城域網(wǎng) 特定要求 第3部分：帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的訪問方法和物理層規(guī)范》

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二、GB/T 15629.3-2014標準的內(nèi)容簡介

GB/T 15629.3-2014標準，規(guī)范的是采用CSMA/CD技術作為媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)綜合性標準。包括了信號速率從1Mbit/s到1Gbit/s的多種媒體類型和技術。為1Mbit/s基帶系統(tǒng)、10Mbit/s基帶和寬帶系統(tǒng)、100Mbit/s基帶系統(tǒng)和1000Mbit/s基帶系統(tǒng)提供了必要的規(guī)范。另外，該標準規(guī)定了通過聚合多條速率相同的物理鏈路到一條邏輯聯(lián)絡而增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的方法。由于該訪問控制方法可以通過眾多類型的物理層來實現(xiàn)（即不同的物理媒體和不同的數(shù)據(jù)傳輸速率的標記，如10BASE5、10BASE-T、100BASE-FX等等），使得該標準規(guī)定的內(nèi)容較多，它的主要內(nèi)容是由43章和36個附錄所構成，標準的重點是對MAC層和PHY層的規(guī)范，

需要說明的是：現(xiàn)行的GB/T 15629.3-2014標準參照的是IEEE 802.3-2000版本，而802.3標準后已發(fā)布了多個修訂的版本，目前的標準版本已是IEEE 802.3-2022。然而，后續(xù)版本對于基礎技術內(nèi)容沒有太大變化（尤其是基于CSMA/CD技術的媒體訪問控制方法），重點是對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能力的提高，目前在802.3-2022標準中其物理層支持的數(shù)據(jù)速率范圍為1Mbit/s~400Gbit/s的多種速率。因此，希望更全面的了解基于CSMA/CD媒體訪問方法的局域網(wǎng)內(nèi)容的應查詢最新版本的IEEE 802.3標準。

三、基于CSMA/CD技術的局域網(wǎng)概述

1、CSMA/CD技術的基本原理

載波偵聽多路訪問／碰撞檢測（CSMA/CD）表明系統(tǒng)是一個多工作站共用一個廣播型信道（如總線結構），隨機的、競爭的占用信道來發(fā)送信息（訪問方法），系統(tǒng)采用分布式控制方法，所有站點之間不存在控制與被控制的關系。術語“載波偵聽”、“多路訪問”和“碰撞檢測”及“CSMA/CD網(wǎng)絡”的含義詳見下表3-1。下附錄3-1是CSMA/CD的基本原理的描述，供參考。

表 3-1：“載波偵聽”、“多路訪問”和“碰撞檢測”等的含義

附錄 3-1：CSMA/CD的基本原理的描述

2、采用CSMA/CD技術局域網(wǎng)的參考模型（RM）

GB/T 15629.3-2014規(guī)定的基于CSMA/CD技術的局域網(wǎng)體系結構，應是符合國際標準化組織（ISO）定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)/基本參考模型（OSI/RM）的。由于是一種媒體訪問控制方法，它規(guī)定的體系結構主要對應于OSI/RM最下兩層：數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）和物理層（PHY），具體詳見下圖3-2所示。按照OSI/RM的層內(nèi)允許進一步劃分子層的原則，層1（PHY）和層2（DLL）都有其分層。鑒于這些子層的劃分，使得基于CSMA/CD技術的局域網(wǎng)體系結構組織有兩個主要的優(yōu)點，即：清晰性和靈活性，其釋義詳見下表3-2。

圖 3-2：基于CSMA/CD技術局域網(wǎng)的體系結構及與OSI/RM的關系

表 3-2：清晰性和靈活性的釋義

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對于數(shù)據(jù)鏈路層（DLL），從上到下又分為邏輯鏈路控制（LLC）子層和媒體訪問控制（MAC）子層，LLC和MAC一起完成在OSI/RM中所定義的數(shù)據(jù)鏈路層的預期功能。邏輯鏈路控制（LLC）子層與媒體訪問控制方法無關，因此，IEEE 802標準委員會專門制定了其協(xié)議規(guī)范，以IEEE 802.2標準發(fā)布（國內(nèi)標準是GB/T 15629.2），由不同的媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)及所有802網(wǎng)絡共同遵守。因此在802.3標準中并不含LLC的內(nèi)容，媒體訪問控制（MAC）子層的內(nèi)容是802.3標準中規(guī)范的重要內(nèi)容之一，它規(guī)定了基于CSMA/CD技術的媒體訪問控制方法的要求。

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對于物理層（PHY），與其它媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)相比，唯有基于CSMA/CD技術的媒體訪問控制方法，其分層最為復雜和多樣。CSMA/CD局域網(wǎng)的物理層的分層主要是為了適應不同的物理媒體和不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，其分層后的物理層是由物理層設備（各子層）和物理層兼容性接口（相關子層間接口）兩部分構成。

欲詳細了CSMA/CD局域網(wǎng)的物理層分層內(nèi)容介紹的請進入。

3、半雙工操作與全雙工操作

GB/T 15629.3-2014標準描述的體系可提供兩種不同的操作方式：半雙工和全雙工。體系中給定的各種示例在任何一個時刻都可以半雙工方式或全雙工方式進行操作。半雙工操作與全雙工操作的釋義詳見下表3-3。由表可知，只有在半雙工操作時采用CSMA/CD技術，半雙工操作能與所有媒體和配置同時使用。全雙工操作的最常用配置由中心網(wǎng)橋（也稱作交換機）和把每個網(wǎng)橋端口連接到單個設備的專用LAN 組成。全雙工操作構成半雙工操作所要求的MAC功能的適當子集。

表 3-3：半雙工操作與全雙工操作的釋義

4、MAC和PHY的規(guī)范

GB/T 15629.3-2014標準的主要內(nèi)容是對MAC子層和PHY各子層及兼容性接口進行規(guī)范。對于基于CSMA/CD技術的局域網(wǎng)物理層，GB/T 15629.3-2014共規(guī)定了近二十種的不同媒體（銅線或光纖等）、不同速率（1、10、100、1000Mbit/s）的物理層規(guī)范（包括其功能、電氣特許和機械特性等），其種類情況匯總于下表3-4中。

表 3-4：物理層規(guī)范情況

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GB/T 15629.3-2014標準對于其MAC子層，規(guī)定的內(nèi)容包括：MAC服務、MAC幀結構、MAC方法等要求。

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5、安全服務

關于基于CSMA/CD技術局域網(wǎng)的安全服務，GB/T 15629.3-2014提供了一種基于 TePA 的局域網(wǎng)媒體訪問控制安全機制 TLSec（TePA-based LAN MAC Security)，包括基于 TePA 的局域網(wǎng)鑒別協(xié)議 TLA（TePA-based LAN Authentication Protocol）和基于 TLA 的局域網(wǎng)保密通信協(xié)議 TLP（TLA-based LAN Privacy Protocol）。該安全機制是我國專有的，該安全技術要求與IEEE 802.3或ISO/IEC 802-3是不同的，因此，我國局域網(wǎng)的安全服務并沒有采用IEEE 802.10安全標準。TePA安全機制的具體要求詳見GB/T 15629.3-2014的附錄 I。

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