Мал. 4.4. Порівняння використання каналу залежно від його завантаження для різних протоколів колективного доступу

Протокол CSMA з виявленням конфліктів

Наполегливий і ненаполегливий протоколи CSMA, поза сумнівом, є покращенням системи ALOHA, оскільки вони гарантують, що ніяка станція не почне передачу, якщо вона визначить, що канал вже зайнятий. Ще одним кроком вперед є припинення станцією передачі, якщо з'ясовується, що відбувся конфлікт. Іншими словами, якщо дві станції, виявивши, що канал вільний одночасно почали передачу, вони практично негайно виявляють зіткнення. Замість того щоб намагатися продовжувати передачу своїх кадрів які все одно вже не можуть бути прийняті одержувачами, їм слідує припинити передачу. Таким чином економиться час і поліпшується ефективність каналу. Такий протокол, званий Csma/cd (Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection - множинний доступ з контролем тієї, що несе і виявленням конфліктів), широко застосовується в локальних мережах в підрівні MAC. Зокрема, він є основою надзвичайно популярних ЛВС Ethernet, тому ми приділимо якийсь час більш менш докладному розгляду Csma/cd.

У протоколі Csma/cd, так само як і в багатьох інших протоколах локальних мереж, застосовується концептуальна модель, показана на мал. 4.5. У момент часу tq одна із станцій закінчила передачу кадру. Вся решта станцй, готові до передачі, тепер можуть спробувати передати своїх кадрів. Якщо дві або більш за станції одночасно почнуть передачу, то відбудеться зіткнення. Зіткнення можуть бути виявлені по потужності або тривалості імпульса сигналу, що приймається, порівняно з передаваним сигналом. Виявивши колізію, станція припиняє передачу, чекає випадковий період часу, після чого намагається знову за умови, що до цього моменту не почала передачу інша станція. Таким чином, наша модель протоколу Csma/cd складатися з чергування періодів конкуренції і передачі, а також періодів простою каналу (коли всі станції мовчать)

Мал. 4.5. Протокол Csma/cd може знаходитися в одному з трьох станів: конкуренція передачі і простою

Розглянемо детальніше алгоритм боротьби за право передачі по каналу. Припустимо, дві станції одночасно почали передачу у момент часу t0. Скільки знадобиться часу на те, щоб вони зрозуміли, що відбулося зіткнення? Від відповіді на це питання залежить довжина періоду конкуренції, а звідси, величина затримки і продуктивність каналу. Мінімальний час виявлення конфлікту рівно часу розповсюдження сигналу від однієї станції до іншої. Виходячи з цих міркувань, можна припустити, що станція, яка не чує зіткнення протягом часу, потрібного для проходження сигналу по всьому кабелю, може бути упевнена, що їй вдалося захопити кабель. Під терміном «захопити» мається на увазі, що решта всіх станцій знає, що ця станція передає, і не будуть самі намагатися передавати. Проте таке заключення є невірне. Розглянемо наступний сценарій. Хай час, необхідний для проходження сигналу між двома найдальшими станціями, рівно т. У момент часу t0 одна із станцій починає передачу. Через інтервал часу т - е, за мить до того, як сигнал досягне найдальшої станції, та станция також починає передавати. Звичайно, майже миттєво вона виявляє зіткнення і зупиняється, але сплеск шуму, викликаний зіткненням досягає передавальної станції тільки через інтервал часу 2т - би з моменту почала передачі. Іншими словами, станція не може бути упевнена в тому, що захопила канал, до тих пір, поки не пройде інтервал часу 2т з моменту початку передачі. З цієї причини для моделювання інтервалу конкуренції ми використовуватимемо дискретну систему ALOHA з шириною інтервалу 2т. У коаксіальному кабелі довжиною 1 км. т » 5 мкс. Для простоти ми припускатимемо що кожен інтервал часу 2т містить всього 1 битий. Як тільки канал захоплений, станція може передавати з будь-якою швидкістю, не обов'язково 1 битий за 2т с.

Слід зазначити, що виявлення зіткнення є аналоговим процессом. Апаратура станції повинна прослуховувати кабель під час передачі. При цьому, якщо те, що вона чує, відрізняється від того, що вона передає, станція розуміє, що відбулося зіткнення. Спосіб кодування сигналу винен дозволяти визначати зіткнення (наприклад, зіткнення двох сигналів. Про У в явному вигляді не так просто виявити). З цієї причини використовується спеціальне кодування. Передавальна станція повинна постійно прослуховувати канал, виявляючи всплески шуму, які можуть означати зіткнення. З цієї причини Csma/cd з моноканалом вважається напівдуплексною системою. Станція не може одночасно передавати і приймати кадрів, оскільки задіяний механізм зворотнього зв'язку для визначення зіткнень.

Щоб уникнути неправильного розуміння питання слід також відзначити, що жоден протокол підрівня MAC не може гарантувати надійну доставку. Навіть за відсутності зіткнень одержувач може не отримати правильну копію кадру з різних причин (наприклад, із-за браку місця в буфері або пропущеного переривання).

Протоколи без зіткнень

Хоча в протоколі Csma/cd зіткнення не можуть відбуватися після того, як станція захоплює канал, вони можуть траплятися в період конкуренції. Ці зіткнення знижують продуктивність системи, особливо при великій довжині кабелю (тобто при великих т) і коротких кадрах. Метод Csma/cd є не універсальним. У даному розділі