Множественный доступ с контролем оператора связи и обнаружением коллизий - Carrier-sense multiple access with collision detection

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий ( CSMA / CD ) - это метод управления доступом к среде передачи (MAC), наиболее часто используемый в ранней технологии Ethernet для локальных сетей . Он использует определение несущей, чтобы отложить передачу до тех пор, пока другие станции не перестанут передавать. Это используется в сочетании с обнаружением коллизий, при котором передающая станция обнаруживает коллизии, считывая передачи от других станций во время передачи кадра . Когда это состояние коллизии обнаруживается, станция прекращает передачу этого кадра, передает сигнал о застревании, а затем ожидает случайный интервал времени, прежде чем пытаться повторно отправить кадр.

CSMA / CD - это модификация множественного доступа с контролем несущей (CSMA). CSMA / CD используется для повышения производительности CSMA путем прекращения передачи, как только обнаруживается коллизия, что сокращает время, необходимое перед попыткой повторной попытки.

С ростом популярности коммутаторов Ethernet в 1990-х годах, IEEE 802.3 отказался от повторителей Ethernet в 2011 году, в результате чего CSMA / CD и полудуплексные операции стали менее распространенными и менее важными.

Процедура

Упрощенный алгоритм CSMA / CD, включая логику повторной передачи, используемую для разрешения обнаруженного конфликта.

Следующая процедура используется для начала передачи. Процедура завершается, когда кадр передан успешно или при обнаружении коллизии во время передачи.

  1. Готов ли кадр к передаче? Если нет, дождитесь кадра.
  2. Средний холостой ход? Если нет, подождите, пока он не станет готов.
  3. Начните передачу и следите за столкновениями во время передачи.
  4. Произошло столкновение? Если да, перейдите к процедуре обнаружения столкновения.
  5. Сбросьте счетчики повторных передач и завершите передачу кадра.

Следующая процедура используется для разрешения обнаруженного столкновения. Процедура завершается, когда повторная передача инициируется или повторная передача прерывается из-за многочисленных конфликтов.

  1. Продолжайте передачу (с сигналом помехи вместо заголовка / данных / CRC кадра ) до тех пор, пока не будет достигнуто минимальное время пакета, чтобы гарантировать, что все приемники обнаружат конфликт.
  2. Увеличьте счетчик повторных передач.
  3. Было ли достигнуто максимальное количество попыток передачи? Если да, прервите передачу.
  4. Рассчитайте и дождитесь случайного периода отсрочки на основе количества столкновений.
  5. Повторно войдите в основную процедуру на этапе 1.

Способы обнаружения столкновений зависят от носителя. На общей электрической шине, такой как 10BASE5 или 10BASE2 , коллизии могут быть обнаружены путем сравнения переданных данных с полученными данными или путем распознавания более высокой, чем обычно, амплитуды сигнала на шине. На всех других носителях несущая, обнаруженная на приемном канале во время передачи, запускает событие коллизии. Повторители или концентраторы самостоятельно обнаруживают столкновения и распространяют сигналы помех.

Процедуру восстановления после столкновения можно сравнить с тем, что происходит на званом обеде, когда все гости разговаривают друг с другом через общую среду (воздух). Прежде чем говорить, каждый гость вежливо ждет, пока выступающий закончит. Если два гостя начинают говорить одновременно, оба останавливаются и ждут в течение коротких случайных периодов времени (в Ethernet это время измеряется в микросекундах). Есть надежда, что, выбирая случайный период времени, оба гостя не выберут в одно и то же время, чтобы попытаться снова заговорить, что позволит избежать еще одного столкновения.

Сигнал о застревании

Сигнал джема или заклинивание сигнал представляет собой сигнал , который несет в себе 32-разрядной двоичный шаблон , отправленный на станции данных , чтобы информировать другие станции столкновения , и что они не должны передавать.

Максимальное время блокировки рассчитывается следующим образом: Максимально допустимый диаметр установки Ethernet ограничен 232 битами. Таким образом, время приема-передачи составляет 464 бита. Поскольку время слота в Ethernet составляет 512 бит, разница между временем слота и временем приема-передачи составляет 48 бит (6 байтов), что является максимальным временем задержки .

Это, в свою очередь, означает: станция, обнаруживающая возникновение конфликта , отправляет шаблон длиной от 4 до 6 байт, состоящий из 16 комбинаций битов 1-0. Примечание. Размер этого сигнала блокировки явно превышает минимально допустимый размер кадра в 64 байта.

Цель этого - гарантировать, что любой другой узел, который в настоящее время может принимать кадр, получит сигнал блокировки вместо правильного 32-битного MAC CRC, это заставляет другие приемники отбрасывать кадр из-за ошибки CRC.

Позднее столкновение

Запаздывание представляет собой тип столкновения , что происходит дальше в пакет , чем допускаются для стандарта протокола о котором идет речь. В 10-мегабитной совместно используемой среде Ethernet, если ошибка коллизии возникает после того, как передающей станцией переданы первые 512 бит данных, считается, что произошла поздняя коллизия. Важно отметить, что поздние конфликты не отправляются повторно сетевым адаптером, в отличие от конфликтов, возникающих до первых 64 октетов; это оставлено для верхних уровней стека протоколов, чтобы определить, что произошла потеря данных.

Поскольку правильно настроенный сетевой канал CSMA / CD не должен иметь поздних коллизий, обычно возможные причины - несоответствие полнодуплексного / полудуплексного режима, превышение предельной длины кабеля Ethernet или неисправное оборудование, такое как неправильная разводка кабелей, несоответствующее количество концентраторов. в сети, или плохой сетевой адаптер.

Локальное столкновение

Локальное столкновение столкновение , которое происходит в NIC в отличие от проволоки. Сетевая карта не может обнаружить локальные коллизии, не пытаясь отправить информацию.

В кабеле UTP локальная коллизия обнаруживается в локальном сегменте только тогда, когда станция обнаруживает сигнал в паре RX одновременно с отправкой в ​​паре TX. Поскольку два сигнала находятся в разных парах, характеристики сигнала не изменяются. Коллизии распознаются на UTP, только когда станция работает в полудуплексном режиме . Единственное функциональное различие между полудуплексным и полнодуплексным режимами в этом отношении заключается в том, разрешено ли одновременное использование пары передачи и приема.

Эффект захвата канала

Эффект захвата канала - это явление, когда один пользователь совместно используемого носителя «захватывает» носитель в течение значительного времени. В течение этого периода (обычно 16 кадров) другим пользователям запрещается использование носителя. Этот эффект впервые был замечен в сетях, использующих CSMA / CD на Ethernet. Из-за этого эффекта соединение с наибольшим объемом данных преобладает над беспроводным каналом с множественным доступом. Это происходит в каналах Ethernet из-за того, что узлы «отключаются» от канала и пытаются повторно получить к нему доступ. В протоколе Ethernet, когда происходит конфликт связи (когда два пользователя среды пытаются отправить одновременно), каждый пользователь ожидает в течение произвольного периода времени, прежде чем повторно получить доступ к каналу. Однако пользователь будет ждать («отступить») в течение случайного количества времени, пропорционального количеству раз, когда он последовательно пытался получить доступ к ссылке. Эффект захвата канала возникает, когда один пользователь продолжает «выигрывать» ссылку.

Например, пользователь A и пользователь B одновременно пытаются получить доступ к тихой ссылке. Поскольку они обнаруживают коллизию, пользователь A ожидает случайного времени между 0 и 1 единицами времени, как и пользователь B. Допустим, пользователь A выбирает меньшее время отсрочки. Затем пользователь A начинает использовать ссылку, а B позволяет ему завершить отправку своего кадра . Если у пользователя A все еще есть что отправить, тогда пользователь A и пользователь B вызовут новый конфликт данных. A снова выберет случайное время отсрочки от 0 до 1, но пользователь B выберет время отсрочки от 0 до 3, потому что это второй раз подряд B столкновение. Скорее всего, A снова "выиграет". Если это будет продолжаться, A, скорее всего, выиграет все столкновения, и после 16 столкновений (количество попыток, прежде чем пользователь отступит на длительный период времени), пользователь A «захватит» канал.

Способность одного узла захватывать всю среду уменьшается по мере увеличения количества узлов. Это связано с тем, что по мере увеличения количества узлов увеличивается вероятность того, что один из «других» узлов будет иметь меньшее время отката, чем захватывающий узел.

Эффект захвата канала создает ситуацию, когда одна станция может передавать, в то время как другие постоянно отключаются, что приводит к ситуации краткосрочной несправедливости. Тем не менее, в долгосрочной перспективе ситуация является справедливой, потому что каждая станция имеет возможность «захватить» среду, как только одна станция завершит передачу. Эффективность канала увеличивается, когда один узел захватил канал.

Негативным побочным эффектом эффекта захвата будет время простоя, возникающее из-за отката станций. Как только одна станция заканчивает передачу по среде, присутствует большое время простоя, потому что все другие станции постоянно отключаются. В некоторых случаях откат может происходить настолько долго, что некоторые станции фактически отбрасывают пакеты из-за того, что были достигнуты максимальные пределы попыток.

Приложения

CSMA / CD использовался в уже устаревших вариантах Ethernet с общим носителем ( 10BASE5 , 10BASE2 ) и в ранних версиях Ethernet с витой парой, в которых использовались концентраторы повторителей . Современные сети Ethernet, построенные с использованием коммутаторов и полнодуплексных соединений, больше не нуждаются в использовании CSMA / CD, поскольку каждый сегмент Ethernet или домен конфликтов теперь изолирован. CSMA / CD по-прежнему поддерживается для обратной совместимости и для полудуплексных соединений. Стандарт IEEE 802.3 , который определяет все варианты Ethernet, по историческим причинам все еще носил название «Метод доступа с контролем несущей с обнаружением коллизий (CSMA / CD) и спецификации физического уровня» до 802.3-2008, в котором используется новое название «Стандарт IEEE. для Ethernet ».

Смотрите также

Примечания

использованная литература