Метод доступу CSMA/CD

У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних, званий методом колективного доступу з пізнанням тієї, що несе і виявленням конфліктів (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Цей метод застосовується виключно в мережах з логічною загальною шиною (до яких відносяться і радіомережі, породжувачі цей метод). Всі комп'ютери такої мережі мають безпосередній доступ до загальної шини, тому вона може бути використана для передачі даних між будь-якими двома вузлами мережі. Одночасно всі комп'ютери мережі мають можливість негайно (з урахуванням затримки розповсюдження сигналу по фізичному середовищу) отримати дані, які будь-який з комп'ютерів почав передавати на загальну шину (рис. 2). Простота схеми підключення - це один з чинників, що визначили успіх стандарту Ethernet. Говорять, що кабель, до якого підключені всі станції, працює в режимі колективного доступу (Multiply Access, MA).

Рисунок 2 - Метод випадкового доступу CSMA/CD

Етапи доступу до середовища

Всі дані, передавані по мережі, поміщаються в кадрів певної структури і забезпечуються унікальною адресою станції призначення.

Щоб дістати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище, що розділяється, вільне. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, яка також називається частотою, що несе (carrier-sense, CS). Ознакою незанятості середовища є відсутність на ній частоти, що несе, яка при манчестерському способі кодування рівна 5-10 Мгц, залежно від послідовності одиниць і нулів, передаваних в даний момент.

Якщо середовище вільне, то вузол має право почати передачу кадру. Цей кадр зображений на мал. 2 першим. Вузол 1 виявив, що середовище вільне, і почав передавати свій кадр. У класичній мережі Ethernet на коаксіальному кабелі сигнали передавача вузла 1 розповсюджуються в обидві сторони, так що всі вузли мережі їх отримують. Кадр даних завжди супроводжується преамбулою (preamble), яка складається з 7 байт, що складаються із значень 10101010, і 8-го байта, рівного 10101011. Преамбула потрібна для входження приймача в побітовий і побайтовий синхронізм з передавачем.

Всі станції, підключені до кабелю, можуть розпізнати факт передачі кадру, і та станція, яка дізнається власну адресу в заголовках кадру, записує його вміст в свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані, передає їх вгору по своєму стеку, а потім посилає по кабелю кадр-відповідь. Адреса станції-джерела міститься в початковому кадрі, тому станція-одержувач знає, кому потрібно послати відповідь.

Вузол 2 під час передачі кадру вузлом 1 також намагався почати передачу свого кадру, проте виявив, що середовище зайняте - на ній присутня частота, що несе, - тому вузол 2 вимушений чекати, поки вузол 1 не припинить передачу кадру.

Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі зобов'язані витримати технологічну паузу (Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Ця пауза, звана також міжкадровим інтервалом, потрібна для приведення мережевих адаптерів в початковий стан, а також для запобігання монопольному захопленню середовища однією станцією. Після закінчення технологічної паузи вузли мають право почати передачу свого кадру, оскільки середовище вільне. Із-за затримок розповсюдження сигналу по кабелю не всі вузли строго одночасно фіксують факт закінчення передачі кадру вузлом 1.

У приведеному прикладі вузол 2 дочекався закінчення передачі кадру вузлом 1, зробив паузу в 9,6 мкс і почав передачу свого кадру.

Виникнення колізії

При описаному підході можлива ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних по загальному середовищу. Механізм прослуховування середовища і пауза між кадрами не гарантують від виникнення такій ситуації, коли дві або більш за станцію одночасно вирішують, що середовище вільне, і починають передавати своїх кадрів. Говорять, що при цьому відбувається колізія (collision), оскільки вміст обох кадрів стикається на загальному кабелі і відбувається спотворення інформації - методи кодування, використовувані в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції із загального сигналу.

Примітка.Цей факт відбитий в складовій «Base(band)», присутньою в назвах всіх фізичних протоколів технології Ethernet (наприклад, 10Base-2, 10Base-T і тому подібне Baseband network означає мережу з немодульованою передачею, в якій повідомлення пересилаються в цифровій формі по єдиному каналу, без частотного розділення.

Колізія - це нормальна ситуація в роботі мереж Ethernet. У прикладі, зображеному на рис. 3, колізію породила одночасна передача даних вузлами 3 і 1. Для виникнення колізії не обов'язково, щоб декілька станцій почали передачу абсолютно одночасно, така ситуація маловірогідна. Набагато вірогідніше, що колізія виникає через те, що один вузол починає передачу раніше іншого, але до другого вузла сигнали першого просто не встигають дійти на той час, коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру. Тобто колізії - це наслідок розподіленого характеру мережі.

Щоб коректно обробити колізію, всі станції одночасно спостерігають за сигналами, що виникають на кабелі. Якщо передавані і спостережувані сигнали відрізняються, то фіксується виявлення колізії (collision detection, CD). Для збільшення вірогідності швидкого виявлення колізії всіма станціями мережі станція, яка виявила колізію, перериває передачу свого кадру (у довільному місці, можливо, і не на границі байта) і підсилює ситуацію колізії посилкою в мережу спеціальної послідовності з 32 битий, званою jam-последовательностью.

Рисунку 3 - Схема виникнення і розповсюдження колізії

Після цього передавальна станція, що виявила колізію, зобов'язана припинити передачу і зробити паузу протягом короткого випадкового інтервалу часу. Потім вона може знову зробити спробу захоплення середовища і передачі кадру. Випадкова пауза вибирається по наступному алгоритму:

Пауза = L х (інтервал відстрочення)

де інтервал відстрочення рівний 512 бітовим інтервалам (у технології Ethernet прийнято всі інтервали вимірювати в бітових інтервалах; бітовий інтервал позначається як bt і відповідає часу між появою двох послідовних біт даних на кабелі; для швидкості 10 Мбіт/с величина бітового інтервалу рівна 0,1 мкс або 100 нс);

L є цілим числом, вибраним з рівною імовірністю з діапазону де - номер повторної спроби передачі даного кадру: 1,2..., 10.

Після 10-ої спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, випадкова пауза може приймати значення від 0 до 52,4 мс.

Якщо 16 послідовних спроб передачі кадру викликають колізію, то передавач повинен припинити спроби і відкинути цей кадр.

З опису методу доступу видно, що він носить імовірнісний характер, і вірогідність успішного отримання в своє розпорядження загального середовища залежить від завантаженості мережі, тобто від інтенсивності виникнення в станціях потреби в передачі кадрів. При розробці цього методу в кінці 70-х років передбачалося, що швидкість передачі даних в 10 Мбіт/с дуже висока в порівнянні з потребами комп'ютерів у взаємному обміні даними, тому завантаження мережі буде завжди невеликим. Це припущення залишається іноді справедливим і до цього дня, проте вже з'явилися додатки, що працюють в реальному масштабі часу з мультимедійною інформацією, які дуже завантажують сегменти Ethernet. При цьому колізії виникають набагато частіше. При значній інтенсивності конфліктів корисна пропускна спроможність мережі Ethernet різко падає, оскільки мережа майже постійно зайнята повторними спробами передачі кадрів. Для зменшення інтенсивності виникнення конфліктів потрібно або зменшити трафік, скоротивши, наприклад, кількість вузлів в сегменті або замінивши додатки, або підвищити швидкість протоколу, наприклад перейти на Fast Ethernet.

Слід зазначити, що метод доступу CSMA/CD взагалі не гарантує станції, що вона коли-небудь зможе дістати доступ до середовища. Звичайно, при невеликому завантаженні мережі вірогідність такої події невелика, але при коефіцієнті використання мережі, що наближається до 1, така подія стає дуже вірогідною. Цей недолік методу випадкового доступу - плата за його надзвичайну простоту, яка зробила технологію Ethernet найдорожчою. Інші методи доступу - маркерний доступ мереж Token Ring і FDDI, метод Demand Priority мереж 100VG-AnyLAN - вільні від цього недоліку.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Загальні характеристики стандартів Ethernet 10 Мбіт/с	\|	ЧАС ПОДВІЙНОГО ОБОРОТУ ТА РОЗПІЗНАВАННЯ КОНФЛІКТІВ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.