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(shù)是IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)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(luò)家族的一種。它是實(shí)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(shù)源于20世紀(jì)70年代夏威夷大學(xué)的ALOHA無線通信系統(tǒng)，基本思想是發(fā)送方有數(shù)據(jù)時(shí)就發(fā)送，但發(fā)送的同時(shí)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(dǎo)，后來Intel和DEC公司加盟后進(jìn)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(shù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)委員會在開始研究局域網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，將該技術(shù)作為辦公自動化用局域網(wǎng)的基本技術(shù)。盡管新的IEEE 802.3文本所涵蓋的局域網(wǎng)技術(shù)，從協(xié)議內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)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(xí)慣上仍使用“以太網(wǎng)”一詞來代表基于CSMA/CD技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)

為了研究以CSMA/CD技術(shù)做為媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)絡(luò)，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)集。IEEE 802.3x標(biāo)準(zhǔn)族是由眾多獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)文件構(gòu)成，且在不斷的編制發(fā)布新的標(biāo)準(zhǔn)或修訂原有的標(biāo)準(zhǔn)。由于IEEE 802.3x標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(kuò)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(wù)，在形式上更符合ISO文本格式。

3、IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

為了使IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)在國際上推廣使用，已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）吸收轉(zhuǎn)化為國際標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)被發(fā)布為ISO/IEC 8022-3《信息技術(shù) 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(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)》。

我國曾在1995年首次將ISO/IEC 8022-3：1990轉(zhuǎn)化為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，被發(fā)布為GB/T 15629.3-2014《信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)版本來簡要介紹基于CSMA/CD技術(shù)局域網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容。若要詳細(xì)了解GB/T 15629.3-2014標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容的請查閱下附件。

附件：GB/T 15629.3-2014《信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)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》

欲具體了解GB/T 15629.3標(biāo)準(zhǔn)版本情況及與其它部分標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系的請進(jìn)入。

二、GB/T 15629.3-2014標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容簡介

GB/T 15629.3-2014標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范的是采用CSMA/CD技術(shù)作為媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)綜合性標(biāo)準(zhǔn)。包括了信號速率從1Mbit/s到1Gbit/s的多種媒體類型和技術(shù)。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(biāo)準(zhǔn)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(luò)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(shí)現(xiàn)（即不同的物理媒體和不同的數(shù)據(jù)傳輸速率的標(biāo)記，如10BASE5、10BASE-T、100BASE-FX等等），使得該標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)參照的是IEEE 802.3-2000版本，而802.3標(biāo)準(zhǔn)后已發(fā)布了多個修訂的版本，目前的標(biāo)準(zhǔn)版本已是IEEE 802.3-2022。然而，后續(xù)版本對于基礎(chǔ)技術(shù)內(nèi)容沒有太大變化（尤其是基于CSMA/CD技術(shù)的媒體訪問控制方法），重點(diǎn)是對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能力的提高，目前在802.3-2022標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)查詢最新版本的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。

三、基于CSMA/CD技術(shù)的局域網(wǎng)概述

1、CSMA/CD技術(shù)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(jié)構(gòu)），隨機(jī)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(diǎn)之間不存在控制與被控制的關(guān)系。術(shù)語“載波偵聽”、“多路訪問”和“碰撞檢測”及“CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)”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(shù)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(shù)的局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)是符合國際標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)主要對應(yīng)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(jìn)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(shù)的局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)組織有兩個主要的優(yōu)點(diǎn)，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(shù)局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)及與OSI/RM的關(guān)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(yù)期功能。邏輯鏈路控制（LLC）子層與媒體訪問控制方法無關(guān)，因此，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)委員會專門制定了其協(xié)議規(guī)范，以IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布（國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(luò)共同遵守。因此在802.3標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范的重要內(nèi)容之一，它規(guī)定了基于CSMA/CD技術(shù)的媒體訪問控制方法的要求。

欲詳細(xì)了解邏輯鏈路控制（LLC）規(guī)范（IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)）要求的請進(jìn)入。

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(shù)的媒體訪問控制方法，其分層最為復(fù)雜和多樣。CSMA/CD局域網(wǎng)的物理層的分層主要是為了適應(yīng)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(shè)備（各子層）和物理層兼容性接口（相關(guān)子層間接口）兩部分構(gòu)成。

欲詳細(xì)了CSMA/CD局域網(wǎng)的物理層分層內(nèi)容介紹的請進(jìn)入。

3、半雙工操作與全雙工操作

GB/T 15629.3-2014標(biāo)準(zhǔn)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(shí)刻都可以半雙工方式或全雙工方式進(jìn)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(shí)采用CSMA/CD技術(shù)，半雙工操作能與所有媒體和配置同時(shí)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(jī)）和把每個網(wǎng)橋端口連接到單個設(shè)備的專用LAN 組成。全雙工操作構(gòu)成半雙工操作所要求的MAC功能的適當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容是對MAC子層和PHY各子層及兼容性接口進(jìn)行規(guī)范。對于基于CSMA/CD技術(shù)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(jī)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

欲詳細(xì)了關(guān)于10/100Mbit/s局域網(wǎng)的MDI接口規(guī)范介紹的請進(jìn)入。

GB/T 15629.3-2014標(biāo)準(zhǔn)對于其MAC子層，規(guī)定的內(nèi)容包括：MAC服務(wù)、MAC幀結(jié)構(gòu)、MAC方法等要求。

欲詳細(xì)了解MAC子層幀結(jié)構(gòu)及MAC地址要求的請進(jìn)入。

5、安全服務(wù)

關(guān)于基于CSMA/CD技術(shù)局域網(wǎng)的安全服務(wù)，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(jī)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(jī)制是我國專有的，該安全技術(shù)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(wù)并沒有采用IEEE 802.10安全標(biāo)準(zhǔn)。TePA安全機(jī)制的具體要求詳見GB/T 15629.3-2014的附錄 I。

欲具體了解IEEE 802.10安全標(biāo)準(zhǔn)介紹的請進(jìn)入。

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