共享信道与冲突
复习
- 数据帧的边界：帧把连续比特流切成可独立处理的一段段数据
- 发现传输出错：校验帮助接收方发现内容是否出错
- MAC 地址：链路层用 MAC 地址在本地交付帧
TL;DR
- 多台设备同时在同一介质发送时，信号可能互相干扰
- 先监听、冲突后随机等待重发，是共享信道的经典策略
- 让每台设备独占一段介质，是减少冲突的另一条路
正文
给帧写上目的 MAC 地址之后，还有一件麻烦事没解决：如果好几台设备共用同一根介质，它们同时开口说话会怎样？
大家同时说，谁也听不清
这就像一屋子人同时讲话：接收方听到的是混在一起的声音，谁说了什么都分不清。电信号也是如此，两股信号在介质上叠加，结果既不是甲的，也不是乙的。
早期以太网用了一个很符合直觉的策略：先听再说。 发送前先监听介质，确认没人说话，再开始发送。可问题在于，“确认空闲”和“开始发送”之间总有时间差——两台设备可能几乎同时发现空闲，又几乎同时开口，于是信号还是撞在了一起。
一旦发现冲突，双方就各自随机等待一小段时间，再重新尝试。随机是关键：如果都等同样长的时间，只会再次同时开口；错开等待，才有机会把节奏岔开。
无线网络更难
无线网络把这个问题放大了。设备共享的是空气，而“先听再说”依赖一个前提：你能听见别人。可现实中，两台设备可能相隔较远、彼此听不见，却都能被同一个接入点“听到”。它们各自都以为介质空闲，同时发送，结果在接入点那里撞成一团。这就是隐藏节点问题。
所以无线网络往往还需要更多协调机制，比如由接入点统一安排发送机会、用确认和预约来减少碰撞。介质不同，规矩也就不同。
另一条路：干脆别共享
既然冲突来自“大家抢同一根介质”，那能不能干脆让每台设备独占一段介质？
能。这正是交换机出现的动机——把一个大冲突域拆成许多小段。下一章，我们先看看把这些规矩固定下来的以太网，再走进交换机。
思考题 1
为什么“先听再说”仍不能完全避免冲突？
思考题 2
冲突之后，为什么必须“随机”等待，而不能约定一个固定时长？
小结
知识点
- 共享信道需要规定谁在何时发送
- 先监听、冲突后随机退避，是经典接入方法
- 无线网络还要面对隐藏节点，需要更多协调
参考资料
- Wikipedia(zh)：载波侦听多路访问：共享信道上的经典接入方法
- Wikipedia(zh)：隐藏节点问题：无线网络中侦听不到的发送者
思考题答案（仅供参考）
思考题 1
两个设备可能几乎同时发现空闲，又几乎同时开始发送，信号仍会在介质中相撞。监听和发送之间存在时间差，而传播本身也需要时间，“看到空闲”并不等于“此刻真的没人发”。
思考题 2
因为固定等待会让刚刚冲突的两个设备再次同时行动，形成反复碰撞。随机等待让它们以不同节奏错开，冲突次数会迅速下降。随机性的价值，正在于打破“同步”这个制造冲突的条件。
协议
本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议进行许可。
封面图
设计师 | 南国微雪