申論題

乙太網路（Ethernet）使用的媒體存取控制協定是「載波感測多重存取/碰撞偵測」（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）。這是一種競爭式的網路存取方法，適用於共享式網路環境。以下是 CSMA/CD 協定的詳細工作方法：

1. 載波感測（Carrier Sense）

每個節點在發送數據之前，首先監聽網路上的信號（載波）。如果網路上有其他數據在傳輸，節點將等待，直到檢測到網路空閒為止。這個過程稱為「載波感測」。

2. 多重存取（Multiple Access）

網路中的多個節點可以同時嘗試存取媒體。這意味著任何節點都可以在檢測到網路空閒後開始傳輸數據，這種方式允許多個節點共享同一條通信介質。

3. 碰撞偵測（Collision Detection）

由於多個節點可能同時檢測到網路空閒並開始傳輸數據，這可能導致數據碰撞。碰撞發生時，數據將混合在一起，使得數據包無法被正確解讀。每個發送中的節點都會持續監聽網路以檢測碰撞。如果節點在傳輸過程中檢測到碰撞，它將立即停止傳輸。

工作方法

1. 監聽（Carrier Sense）

   • 節點監聽網路，檢測是否有其他節點正在傳輸數據。如果網路空閒，節點可以進行下一步；如果網路繁忙，節點將等待網路空閒。

2. 傳輸數據（Transmission）

   • 當網路空閒時，節點開始傳輸數據包。在傳輸過程中，節點持續監聽網路以檢測碰撞。

3. 碰撞偵測（Collision Detection）

   • 如果節點在傳輸過程中檢測到碰撞，它會立即停止傳輸，並發送一個「碰撞信號」給網路上的所有節點，通知發生了碰撞。

4. 退避算法（Backoff Algorithm）

   • 發生碰撞後，節點會根據退避算法計算一個隨機的退避時間。節點等待這段時間後，再次嘗試傳輸數據。退避時間通常使用二進制指數退避算法計算，即每次碰撞後退避時間會指數增加，減少再次碰撞的概率。

5. 重試傳輸（Retransmission）

   • 節點在等待退避時間後，再次監聽網路，重複上述步驟，直到數據成功傳輸。

範例流程

假設有兩個節點 A 和 B：

1. 節點 A 和 B 同時監聽到網路空閒。
2. 節點 A 和 B 同時開始傳輸數據。
3. 發生碰撞，A 和 B 檢測到碰撞並停止傳輸。
4. 節點 A 和 B 發送碰撞信號，通知所有節點發生碰撞。
5. 節點 A 和 B 使用退避算法計算退避時間，等待一段隨機時間後再次嘗試傳輸。
6. 節點 A 先計算完退避時間並監聽到網路空閒，開始傳輸數據並成功完成。
7. 節點 B 在等待其退避時間後，再次監聽網路，發現網路空閒，開始傳輸數據並成功完成。

優點和缺點

優點：

• 簡單性：CSMA/CD 協定實現簡單，適用於中小型網絡。
• 動態分配：不需要固定的時隙或預定義的傳輸順序，靈活性高。

缺點：

• 碰撞增加：隨著網絡節點數量和流量的增加，碰撞發生的概率上升，性能下降。
• 效率低下：在高負載情況下，退避算法可能導致大量的等待時間，降低網絡效率。
• 延遲不可預測：由於碰撞和退避時間的存在，傳輸延遲不可預測，影響實時應用。

總結

乙太網路使用的媒體存取控制協定 CSMA/CD 透過載波感測、多重存取和碰撞偵測來管理數據傳輸。該協定簡單靈活，但在高負載網絡環境中效率會降低，並且碰撞和延遲會增加。隨著交換式乙太網路（Switched Ethernet）的普及，CSMA/CD 在現代網絡中的使用已經減少，但它仍然是理解網絡協定的重要基礎。