Метод доступа CSMA/CD
Данный метод множественного доступа к среде используется в сетях Ethernet (стандарт IEEE 802.3) и реализует схему с состязанием, в которой сетевые узлы соревнуются за право использования среды. Узел, захвативший ресурс среды (выигравший состязание), может передать один пакет, а потом должен ее освободить для других узлов. Если несколько узлов начинают передачу почти одновременно, возникает конфликт (столкновение) и все отправленные пакеты теряются.
Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов МДПН/ОК (CSMA/CD – Сarrier Sense Multiple Access with Collision Detection) устанавливает следующий порядок обмена в сети: если рабочая станция хочет воспользоваться моноканалом для передачи данных, она сначала должна проверить состояние канала и только в том случае, когда канал свободен ей разрешается начать передачу. В процессе передачи станция продолжает прослушивание сети для обнаружения возможных конфликтов.
Если возникает конфликт вследствие того, что два узла сети пытаются одновременно занять канал, то обнаружившая конфликт АС (интерфейсная плата соответствующей АС) выдает в сеть специальный сигнал (сигнал «пробки»), и обе станции временно прекращают передачу. Принимающая станция, как правило, отбрасывает частично уже принятоесообщение. Все рабочие станции в сети, которые хотят передавать данные, в течение некоторого случайно выбранного промежутка времени выжидают, прежде чем начать передачу. Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время попытки повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет увеличен.
В сетях Ethernet конфликты неизбежны, так как между моментом, когда рабочая станция проверяет, свободна ли сеть и моментом начала фактической передачи проходит некоторое время. Вполне возможно, что в течение указанного времени какая-нибудь станция в сети начнет передачу, но сообщение об этом не успеет достичь пункта своего назначения. Хотя для сетей данного типа конфликты неизбежны, благодаря высокой скорости передачи (10 Мбит/с и более) даже при повторных конфликтах пользователи могут не ощущать заметного уменьшения скорости. Если же число конфликтов в сети становится настолько большим, что это сказывается на ее работе, то необходимо серьезное администрирование данного фрагмента сети, а возможно и его реконфигурация.
В соответствии со стандартом максимальный размер кадра в сети Ethernet составляет 1526 байт (12 208 бит), а минимальный — 72 байт (576 бит). При частоте передачи 10 МГц время передачи пакета минимальной длины составляет 57,6 мс. Это время несколько больше, чем удвоенное время распространения сигнала между крайними точками кабеля, равное 51,2 мс. Последняя цифра получена исходя из максимально допустимого в Ethernet расстояния между узлами равного 2500 м.
Максимальное значение скорости устойчивой передачи для метода CSMA/CD определяется в соответствии с соотношением:
S = (1+6,2*а) – 1, а = t*C/L,
где: t – время распространения (включая время приема) в секундах, С – скорость передачи данных в моноканале и L – средняя длина пакета.
Как видно из формулы, эффективность метода CSMA/CD определяется длиной моноканала, скоростью передачи данных и минимальной длиной пакета данных.
Диаграмма состояний, иллюстрирующая операции, выполняемые в соответствии с методом CSMA/CD на уровне звена данных, представлена на рис. 1.7.
Большую часть времени уровень звена данных «прослушивает» канала связи. В этом состоянии анализируются все кадры, передаваемые физическим уровнем. Если заголовок кадра содержит адрес, совпадающий с адресом узла (адресом данной АС), уровень звена данных переходит в состояние приема и завершает прием всего кадра (пакета). После завершения приема кадр передается на вышестоящий (сетевой) уровень, а уровень звена данных опять возвращается в состояние «прослушивания» канала. Передача кадра в канал осуществляется только по запросу сетевого уровня. Когда выдается такой запрос, а узел не находится в состоянии приема, уровень звена данных переходит в состояние ожидания. В этом состоянии узел ждет, когда освободится канал.Послеосвобождения канала начинается передача пакета. Если передача завершается успешно (без конфликта), узел опять переходит в состояние прослушивания канала. Если во время передачи кадра возникает конфликт, передача прерывается и повторяется вновь через случайное время ожидания. При этом узел переходит в состояние задержки. В этом состоянии он находится некоторое время и потом опять переходит в состояние ожидания.
Рис. 1.7. Алгоритм CSMA/CD