이더넷 네트워크는 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD라는 미디어 액세스 방법을 사용합니다.

이 방법은 이 방법을 일으킨 무선 네트워크를 포함하는 논리적 공통 버스가 있는 네트워크에서만 독점적으로 사용됩니다. 이러한 네트워크의 모든 컴퓨터는 공통 버스에 직접 액세스할 수 있으므로 두 네트워크 노드 간에 데이터를 전송하는 데 사용할 수 있습니다. 동시에 모든 네트워크 컴퓨터는 컴퓨터가 공통 버스로 전송하기 시작한 데이터를 즉시(물리적 매체를 통한 신호 전파 지연 고려) 수신할 수 있습니다(그림 3.1). 배선도의 단순성은 이더넷 표준의 성공 요인 중 하나입니다. 모든 스테이션이 연결된 케이블은 공유 액세스(MA) 모드에서 작동합니다.

쌀. 3.1. CSMA/CD 랜덤 액세스 방식

환경에 대한 접근 단계

네트워크를 통해 전송되는 모든 데이터는 특정 구조의 프레임에 배치되고 대상 스테이션의 고유한 주소가 제공됩니다.

프레임을 전송할 수 있으려면 스테이션은 공유 매체가 비어 있는지 확인해야 합니다. 이는 반송파 주파수(CS)라고도 하는 신호의 기본 고조파를 청취함으로써 달성됩니다. 비어있는 환경의 표시는 맨체스터 코딩 방법으로 전송되는 1과 0의 시퀀스에 따라 5 - 10MHz인 캐리어 주파수가 없다는 것입니다. 이 순간.

매체가 비어 있으면 노드는 프레임 전송을 시작할 권리가 있습니다. 이 프레임은 그림 1에 나와 있습니다. 3.1 먼저. 노드 1은 매체가 비어 있음을 발견하고 프레임 전송을 시작했습니다. 동축 케이블의 기존 이더넷 네트워크에서는 노드 3의 송신기 신호가 양방향으로 전파되어 네트워크의 모든 노드에서 신호를 수신합니다. 데이터 프레임 뒤에는 항상 7바이트로 구성된 프리앰블이 옵니다. 이 프리앰블은 10101010 값으로 구성되며 8번째 바이트는 10101011입니다. 프리앰블은 수신기가 송신기와 비트 및 바이트 동기화를 시작하는 데 필요합니다.

케이블에 연결된 모든 스테이션은 프레임이 전송되었다는 사실을 인식할 수 있으며 프레임 헤더에서 자신의 주소를 인식한 스테이션은 내용을 내부 버퍼에 쓰고 수신된 데이터를 처리하여 스택 위로 전달한 다음 전송합니다. 케이블 위의 프레임 - 응답. 소스 스테이션의 주소는 소스 프레임에 포함되어 있으므로 목적지 스테이션은 응답을 보낼 대상을 알고 있습니다.

프레임 전송이 끝난 후 모든 네트워크 노드는 9.6μs의 기술 일시 중지를 견뎌야 합니다. 프레임간 간격이라고도 하는 이 일시 중지는 네트워크 어댑터안에 초기 상태, 뿐만 아니라 하나의 스테이션에 의한 매체의 독점 캡처를 방지합니다. 기술 일시 중지가 끝나면 매체가 무료이므로 노드는 프레임 전송을 시작할 권리가 있습니다. 케이블을 따른 신호 전파의 지연으로 인해 모든 노드가 노드가 프레임 전송을 완료했다는 사실을 엄격하게 동시에 수정하는 것은 아닙니다.

충돌의 발생

두 스테이션이 공통 매체를 통해 데이터 프레임을 동시에 전송하려고 할 수 있습니다. 미디어 스니핑 메커니즘과 프레임 사이의 일시 중지는 둘 이상의 스테이션이 미디어가 비어 있음을 동시에 결정하고 프레임 전송을 시작한다는 것을 보장하지 않습니다. 그들은이 경우 충돌이 발생한다고 말합니다. 충돌– 두 프레임의 내용이 충돌하는 공통 매체를 통한 데이터 프레임 전송 상황 일반 케이블그리고 정보가 왜곡됩니다. 이더넷에서 사용되는 코딩 방법은 전체 신호에서 각 스테이션의 신호를 분리하는 것을 허용하지 않습니다.

충돌은 이더넷 네트워크에서 정상적인 상황입니다. 도 1에 도시된 예에서. 3.2, 노드가 동시에 데이터를 전송하여 충돌이 발생했습니다. 3 그리고 1 . 충돌이 발생하기 위해 여러 스테이션이 정확히 동시에 전송을 시작할 필요는 없으며 이러한 상황은 거의 없습니다. 한 노드가 다른 노드보다 먼저 전송을 시작하기 때문에 충돌이 발생할 가능성이 훨씬 더 높지만 첫 번째 노드의 신호는 두 번째 노드가 프레임 전송을 시작하기로 결정할 때까지 두 번째 노드에 도달할 시간이 없습니다. . 충돌은 네트워크의 분산된 특성의 결과입니다.

쌀. 3.2. 충돌의 발생 및 전파 방식

충돌을 올바르게 처리하기 위해 모든 스테이션은 케이블에 나타나는 신호를 동시에 모니터링합니다. 전송된 신호와 관찰된 신호가 다른 경우 충돌 감지(CD)가 감지됩니다. 모든 네트워크 스테이션의 조기 충돌 감지 확률을 높이기 위해 충돌을 감지한 스테이션은 프레임 전송을 중단하고(바이트 경계가 아닌 임의의 위치에서) 32의 특수 시퀀스를 전송하여 충돌 상황을 증폭합니다. 잼 시퀀스라고 하는 네트워크에 비트를 전송합니다.

그 후 충돌을 감지한 전송 스테이션은 전송을 중지하고 짧은 임의 시간 간격 동안 일시 중지해야 합니다. 그런 다음 매체 획득 및 프레임 전송을 다시 시도할 수 있습니다. 다음 알고리즘에 따라 임의 일시 중지가 선택됩니다.

일시 중지 = L ∙ (지연 간격),

여기서 백오프 간격은 512비트 간격입니다. L은 범위에서 동일한 확률로 선택된 정수입니다. 여기서 N은 주어진 프레임의 재시도 횟수(1, 2, ... 10)입니다.

이더넷 기술에서는 모든 간격을 비트 간격으로 측정하는 것이 일반적입니다. 비트 간격은 케이블에서 두 개의 연속 데이터 비트가 나타나는 사이의 시간에 해당합니다. 10Mbps의 경우 비트 간격은 0.1µs 또는 100ns입니다.

10번째 시도 이후에는 일시 중지가 선택되는 간격이 증가하지 않습니다. 따라서 임의의 일시 중지는 0에서 52.4ms 사이의 값을 가질 수 있습니다.

프레임을 전송하려는 16개의 연속적인 시도가 충돌을 일으키면 송신기는 시도를 중지하고 프레임을 폐기해야 합니다(MUST).

접근 방법에 대한 설명을 보면 확률적 성격을 띠고 있으며, 이를 마음대로 획득할 수 있는 확률을 알 수 있습니다. 공통 환경네트워크 부하, 즉 스테이션에서 프레임 전송의 필요성 강도에 따라 다릅니다. 이 방법을 개발할 때 10Mbit/s의 데이터 전송 속도는 상호 데이터 교환에서 컴퓨터의 요구에 비해 매우 높기 때문에 네트워크 부하가 항상 작다고 가정했습니다. 그러나 이더넷 세그먼트에서 매우 바쁜 실시간 멀티미디어 애플리케이션이 이미 등장했습니다. 이 경우 충돌이 훨씬 더 자주 발생합니다. 상당한 강도의 충돌로 유용한 처리량이더넷 네트워크 속도는 네트워크가 프레임 재시도로 거의 항상 바쁘기 때문에 급격히 떨어집니다. 충돌의 강도를 줄이려면 예를 들어 세그먼트의 노드 수를 줄이거나 애플리케이션을 교체하여 트래픽을 줄이거나 프로토콜의 속도를 높여야 합니다(예: 다음으로 전환). 고속 이더넷.

CSMA/CD 액세스 방법은 일반적으로 스테이션이 매체에 액세스할 수 있다는 것을 보장하지 않습니다. 물론 네트워크 부하가 작으면 이러한 이벤트가 발생할 확률은 낮지만 네트워크 활용률이 1에 가까워지면 이러한 이벤트가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 랜덤 액세스 방법의 이러한 단점은 이더넷을 가장 저렴한 기술로 만든 극도의 단순성과 절충점입니다. Token Ring 및 FDDI 네트워크의 토큰 액세스, 100VG-AnyLAN 네트워크의 Demand Priority 방법과 같은 다른 액세스 방법은 이러한 단점이 없습니다.

일상생활에서 요구되는

4장. 근거리 통신망
4.1. 액세스 방법.

LAN에서 일반적인 데이터 전송 매체는 세그먼트(segment) 동축 케이블. 노드는 데이터 채널 종단 장비(컴퓨터 및 가능하면 공통)를 통해 노드에 연결됩니다. 주변기기. 데이터 전송 매체는 일반적이고 네트워크 교환노드가 비동기적으로 나타나면 여러 노드 간에 공통 환경을 공유하는 문제, 즉 네트워크에 대한 액세스를 제공하는 문제가 발생합니다.

네트워크 액세스 다른 스테이션과의 정보 교환을 위해 스테이션(네트워크 노드)과 데이터 전송 매체의 상호 작용을 호출합니다. 미디어 액세스 제어는 스테이션이 미디어에 액세스하는 순서입니다.

랜덤 액세스 방법과 결정적 액세스 방법을 구별하십시오. 랜덤 방식 중 가장 잘 알려진 방식은 충돌 감지(CDMA/CC)가 있는 캐리어 감지 다중 액세스.이 방법의 영어 이름은 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)입니다. 이 방법은 데이터 링크에 대한 반송파 감지를 기반으로 하며 두 개 이상의 스테이션이 임의의 시간 후에 회선 획득을 재시도하여 동시에 전송을 시작하려고 할 때 발생하는 충돌을 제거합니다.

MDCH/OK는 브로드캐스트 방식입니다. MDKN/OK 응용 프로그램의 모든 스테이션은 네트워크 액세스가 동일합니다. 데이터 라인이 비어 있으면 전기적인 변동이 없으며 전송을 시작하려는 모든 스테이션에서 쉽게 인식할 수 있습니다. 이러한 스테이션은 라인을 캡처합니다. 시간 t에서 전송을 시작하려는 다른 스테이션은 회선에서 전기적 변동을 감지하면 시간 t + t d까지 전송을 지연합니다. 여기서 t d는 지연입니다.

t d 가 결정되는 방식에 따라 지속적 및 비영구적 MDTC/OK가 구분됩니다. 첫 번째 경우 채널 캡처 시도는 채널이 해제된 직후에 발생하며 이는 네트워크 부하가 낮을 때 허용됩니다. 로드가 눈에 띄는 경우 여러 스테이션이 네트워크가 해제된 직후 네트워크에 대한 액세스를 요구할 가능성이 있으므로 충돌이 자주 발생합니다. 비영구적 MDCH/OK에서 지연 t d 는 랜덤 변수입니다.

네트워크 운용 중 각 스테이션은 네트워크를 통해 전송되는 프레임의 주소 부분을 분석하여 자신이 의도한 프레임을 감지하고 수신합니다. 쌀. 4.1. MDCS/OK 방식에 따른 접근 알고리즘

무화과에. 4.1은 MDKN/OK가 있는 노드 중 하나에서 데이터를 수신 및 전송하기 위한 알고리즘을 보여줍니다.

갈등 둘 이상의 스테이션이 "동시에" 회선을 획득하려고 시도하는 상황입니다. 라인을 따라 신호의 전파 속도의 유한성과 관련하여 "사건의 동시성" 개념은 2 * d 이하로 시간에 따른 사건의 거리로 지정되며, 충돌 창, 여기서 d는 신호가 충돌하는 스테이션 사이의 라인을 따라 이동하는 데 걸리는 시간입니다. 스테이션이 충돌 창에서 전송을 시작하면 왜곡된 데이터가 네트워크를 통해 전파됩니다. 이 왜곡은 송신기에서 라인으로 전송된 데이터(왜곡되지 않음)와 수신된 데이터(왜곡됨)를 비교하여 충돌을 감지하거나 왜곡으로 인한 라인에 DC 전압 구성 요소가 나타나는 데 사용됩니다. 데이터를 나타내는 데 사용되는 맨체스터 코드의 충돌을 감지한 스테이션은 추가 혼잡 신호를 보내 충돌 파트너에게 알려야 하며, 그 후 스테이션은 시간 t d 동안 회선 진입 시도를 연기해야 ​​합니다. 분명히, t d의 값은 충돌(충돌)과 관련된 스테이션에 대해 달라야 합니다. 따라서 t d는 확률 변수입니다. 그 수학적 기대치는 라인을 포착하기 위한 연속적인 실패한 시도의 수가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있어야 합니다.

결정론적 방법은 다음이 지배적입니다. 마커 접근자. 마커 방법- 특별한 방법을 이용하여 송신국에 권한을 전달하여 LAN 상에서 데이터 전송 매체에 접근하는 방법 정보 개체마커라고 합니다. 권한은 개시할 수 있는 권리를 의미합니다. 특정 행동, 정보 네트워크의 데이터 스테이션과 같은 객체에 동적으로 제공됩니다.

다양한 마커 액세스 방법이 사용됩니다. 예를 들어, 릴레이 방식토큰 전달은 우선 순위에 따라 수행됩니다. 방법 선택자 투표(양자화된 전송) 서버는 스테이션을 폴링하고 전송할 준비가 된 스테이션 중 하나에 권한을 전달합니다. 링 P2P 네트워크에서는 토큰이 링 주위를 순환하고 스테이션에서 데이터를 전송하는 데 사용하는 클록 토큰 액세스가 널리 사용됩니다.

원래의 방법은 아래에서 설명하는 고속 FDDI 네트워크에 적용됩니다.

액세스 방법은 다음에 LAN을 사용할 수 있는 워크스테이션을 결정하는 방법입니다. 네트워크가 통신 채널(케이블)에 대한 액세스를 관리하는 방법은 성능에 큰 영향을 미칩니다. 액세스 방법의 예는 다음과 같습니다.

• - 캐리어 수신 및 충돌 해결을 통한 다중 액세스(충돌 감지를 통한 캐리어 감지 다중 액세스 - CSMA/CD)
• - 권한 이전(Token Passing Multiple Access - TPMA)을 통한 다중 접근 또는 토큰 전송을 통한 방법
• - 시간 분할을 통한 다중 액세스(시분할 다중 액세스 - TDMA);
• - 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 또는 파장 분할 다중 접속(WDMA).

이더넷 네트워크는 CSMA/CD(Carrier-Sense-Multiply-Access with Collision Detection)라는 미디어 액세스 방법을 사용합니다. 이 방법은 공통 버스가 있는 네트워크에서만 사용됩니다. 이러한 네트워크의 모든 컴퓨터는 공통 버스에 직접 액세스할 수 있으므로 두 네트워크 노드 간에 데이터를 전송하는 데 사용할 수 있습니다. 배선도의 단순성은 이더넷 표준의 성공 요인 중 하나입니다. 모든 국이 연결된 케이블은 다중접속 모드(multiply-access, MA)로 동작하는 것으로 가정한다. 네트워크를 통해 전송되는 모든 데이터는 특정 구조의 프레임에 배치되고 대상 스테이션의 고유한 주소가 제공됩니다. 그런 다음 프레임이 케이블을 통해 전송됩니다. 케이블에 연결된 모든 스테이션은 프레임 전송 사실을 인식할 수 있으며 프레임 헤더에서 자신의 주소를 인식한 스테이션은 내용을 내부 버퍼에 쓰고 수신된 데이터를 처리하고 케이블을 통해 응답 프레임을 보냅니다. 원본 스테이션의 주소도 원본 프레임에 포함되어 있으므로 대상 스테이션은 응답을 보낼 대상을 알 수 있습니다. 설명된 접근 방식을 사용하면 두 스테이션이 공통 케이블을 통해 데이터 프레임을 동시에 전송하려고 할 수 있습니다. 이러한 상황의 가능성을 줄이기 위해 프레임을 보내기 직전에 전송 스테이션은 케이블을 수신하여 다른 스테이션의 데이터 프레임이 이미 케이블에 있는지 감지합니다. 반송파가 인식되면(carrier-sense, CS) 스테이션은 다른 사람의 전송이 끝날 때까지 프레임 전송을 연기한 다음 다시 전송을 시도합니다. 그러나 이러한 알고리즘을 사용하더라도 두 스테이션은 주어진 시간에 버스에서 전송이 없다고 동시에 결정하고 동시에 프레임 전송을 시작할 수 있습니다. 이 경우 두 프레임의 내용이 공통 케이블에서 충돌하기 때문에 충돌이 발생하여 정보 왜곡이 발생합니다. 충돌을 올바르게 처리하기 위해 모든 스테이션은 케이블에 나타나는 신호를 동시에 모니터링합니다. 전송된 신호와 관찰된 신호가 다른 경우 충돌 감지(CD)가 감지됩니다. 네트워크의 모든 스테이션에서 충돌을 즉시 감지할 확률을 높이기 위해 프레임을 전송하기 시작한 스테이션에서 잼 시퀀스라고 하는 특수 비트 시퀀스를 네트워크로 전송하여 충돌 상황을 개선합니다. 충돌이 감지되면 전송 스테이션은 전송을 중지하고 짧은 임의 시간 간격을 기다린 다음 프레임을 다시 전송하려고 할 수 있습니다. 액세스 방법에 대한 설명에서 그것은 확률적 성격을 띠고 있으며 처분할 수 있는 공통 환경을 성공적으로 얻을 확률은 네트워크 부하, 즉 스테이션에서 프레임 전송에 대한 필요성의 강도에 달려 있음을 알 수 있습니다. 이 방법을 개발할 때 10Mb/s의 데이터 전송 속도는 상호 데이터 교환에서 컴퓨터의 요구에 비해 매우 높기 때문에 네트워크 부하가 항상 작다고 가정했습니다. 이 가정은 오늘날에도 여전히 유효하지만 멀티미디어 정보가 포함된 실시간 응용 프로그램이 이미 나타났습니다. 고속데이터 전송. 따라서 기존 이더넷과 함께 새로운 고속 기술. CSMA/CD 방법은 다음을 보장하는 기본 타이밍 및 논리 관계를 정의합니다. 올바른 작업네트워크의 모든 스테이션:

• - 공통 버스에서 순차적으로 전송되는 두 정보 프레임 사이에는 9.6μs의 일시 중지가 유지되어야 합니다. 이 일시 중지는 노드의 네트워크 어댑터를 재설정하고 한 스테이션에서 데이터 전송 매체를 독점적으로 캡처하는 것을 방지하는 데 필요합니다.
• - 충돌이 감지되면(감지 조건은 사용된 물리적 매체에 따라 다름) 스테이션은 환경에 특수 32비트 시퀀스(잼 시퀀스)를 발행하여 모든 네트워크에서 보다 안정적인 인식을 위해 충돌 현상을 향상시킵니다. 노드.
• - 충돌이 감지된 후 프레임을 전송하고 충돌이 발생한 각 노드는 약간의 지연 후에 프레임 재전송을 시도합니다. 노드는 이 정보 프레임을 전송하기 위해 최대 16번 시도한 후 전송을 거부합니다. 지연 값은 균일하게 분포되어 선택됩니다. 난수각 시도마다 길이가 기하급수적으로 증가하는 간격에서. 지연 값을 선택하는 이러한 알고리즘은 충돌 가능성을 줄이고 부하가 높을 때 네트워크에 프레임을 발행하는 강도를 줄입니다.

CSMA/CD 충돌 해결 다중 랜덤 액세스 프로토콜은 위 알고리즘의 아이디어를 구현하고 중요한 요소인 충돌 해결을 추가합니다. 충돌은 형성 당시 전송된 모든 프레임을 파괴하기 때문에 스테이션이 충돌을 감지하자마자 스테이션이 프레임을 계속해서 전송하는 것은 의미가 없습니다. 그렇지 않으면 긴 프레임을 전송할 때 상당한 시간 손실이 발생합니다. 따라서 적시에 충돌 감지를 위해 스테이션은 자체 전송을 통해 환경을 수신합니다. 송신국에 대한 CSMA/CD 알고리즘의 기본 규칙. 프레임 전송(그림 2.2):

• - 전송하려는 스테이션은 매체를 수신합니다. 매체가 비어 있으면 전송합니다. 그렇지 않으면 2단계로 이동합니다. 여러 프레임을 연속으로 전송할 때 스테이션은 프레임 전송 사이에 특정 일시 중지(프레임 간 간격)를 유지하고 이러한 일시 중지 후 다음 프레임을 전송하기 전에 스테이션은 다시 환경을 수신합니다( 단계 1)의 시작 부분으로 돌아갑니다.
• - 매체가 사용 중이면 스테이션은 매체가 비워질 때까지 매체를 계속 듣고 즉시 전송을 시작합니다.
• - 각 송신국은 환경을 청취하고 충돌이 감지되면 즉시 전송을 중지하지 않고 짧은 특수 충돌 신호를 먼저 전송합니다. 충돌에 대해 다른 스테이션에 알리고 전송을 중지하는 잼 신호.
• - Jam 신호를 전송한 후 스테이션은 이진 지수 지연 규칙에 따라 무음 상태가 되고 임의의 시간 동안 기다린 후 1단계로 돌아갑니다.

프레임간 간격 IFG(프레임간 간격)는 9.6미크론 또는 (12바이트)입니다. 수신국이 프레임 수신을 올바르게 완료할 수 있도록 해야 합니다. 또한 스테이션이 연속적으로 프레임을 전송하는 경우 채널을 완전히 인수하여 다른 스테이션에서 전송할 기회를 박탈합니다.

그림 2.2- 블록 다이어그램 CSMA/CD 알고리즘(MAC 계층): 스테이션에서 프레임을 전송할 때

Jam-signal(재밍 - 말 그대로 재밍). 잼의 전송은 충돌 전에 프레임을 전송하고 있던 모든 노드가 잼 신호를 수신하여 전송을 중단하고 프레임을 전송하려는 새로운 시도를 예상하여 침묵하기 때문에 프레임이 손실되지 않도록 보장합니다. 재밍 신호는 가능한 중계기의 추가 지연 SF(안전 여유)를 고려하여 충돌 영역의 가장 원격 스테이션에 도달할 수 있을 만큼 충분히 길어야 합니다. 잼 신호의 내용은 부분적으로 전송된 프레임(802.3)의 CRC 필드 값과 일치하지 않아야 하고 처음 62비트는 '1'과 '0'의 교대를 a로 나타내야 한다는 점을 제외하고는 중요하지 않습니다. '1'의 시작 비트.

그림 2.3은 버스 토폴로지에 적용된 충돌 감지 프로세스를 보여줍니다(얇거나 두꺼운 동축 케이블(각각 표준 10Base5 및 10Base2) 기반). 해당 시점에서 노드 A(DTE A)는 전송을 시작하여 자연스럽게 자신의 전송 신호를 듣게 됩니다. 프레임이 노드 B(DTE B)에 거의 도달한 시점에서 이 노드는 이미 전송이 진행되고 있음을 모르고 스스로 전송을 시작한다. 특정 시점에서 노드 B는 충돌(모니터링된 라인에서 전기 신호의 DC 성분 증가)을 감지합니다. 그런 다음 노드 B는 잼 신호를 보내고 전송을 중지합니다. 이 시점에서 충돌 신호가 노드 A에 도달한 후 A도 잼 신호를 전송하고 전송을 중지합니다.

그림 2.3 - CSMA/CD 체계를 사용한 충돌 감지

IEEE 802.3 표준에 따르면 노드는 매우 짧은 프레임을 보낼 수 없습니다. 즉, 매우 짧은 전송을 할 수 없습니다. 프레임 형식을 설명할 때 언급한 것처럼 데이터 필드가 끝까지 채워지지 않더라도 특별한 추가 필드가 나타나 프레임을 최소 64바이트(프리앰블 제외)로 확장합니다. ST 채널 시간(슬롯 시간)은 노드가 채널을 점유하고 전송하는 데 필요한 최소 시간입니다. 이 시간은 최소 허용 크기의 프레임 전송에 해당하며, 기준. 채널 시간은 네트워크 노드 간의 최대 허용 거리(충돌 도메인의 지름)와 관련이 있습니다. 위의 예에서 최악의 시나리오는 스테이션이 ㅏ B와 B는 최대 거리만큼 떨어져 있습니다. 신호가 A에서 B로 전파되는 시간은 로 표시됩니다. 노드 A는 시간 0에서 전송을 시작합니다. 노드 B는 한 번에 전송을 시작하고 전송 시작 ​​후 간격으로 충돌을 감지합니다. 노드 A는 특정 시점에서 충돌을 감지합니다. A가 방출한 프레임이 손실되지 않도록 하려면 노드 A가 이 순간까지 전송을 중단하지 않아야 합니다. 그 이후로 충돌을 감지한 노드 A는 프레임에 도달하지 않았음을 알고 다음을 시도합니다. 다시 전송합니다. 그렇지 않으면 프레임이 손실됩니다. 노드 A가 전송 시작 ​​후 여전히 충돌을 감지할 수 있는 최대 시간은 - 이 시간을 RTD(왕복 지연)라고 합니다. 더에서 일반적인 경우 RTD는 세그먼트의 유한한 길이로 인한 지연과 프레임을 처리할 때 발생하는 지연 모두와 관련된 총 지연을 정의합니다. 물리층중간 리피터와 네트워크의 끝 노드. 다른 시간 단위인 비트 시간 BT(비트 시간)를 사용하는 것도 편리합니다. 1BT의 시간은 1비트를 전송하는 데 필요한 시간에 해당합니다. 10Mbps에서 0.1µs.

이더넷 표준은 네트워크의 끝 노드에 의한 충돌 감지에 대해 다음 규칙을 규제합니다.

• - 노드 A는 프리앰블 비트를 포함하여 512번째 비트를 전송하기 전에 충돌을 감지해야 합니다.
• - 노드 A는 최소 길이 프레임이 전송되기 전에 전송을 중지해야 합니다. - 576비트가 전송됩니다(512비트는 SFD 프레임 시작 구분 기호 이후 계산).
• - 노드 A와 B 전송 간의 중첩 - 노드 A가 프리앰블의 첫 번째 비트를 전송하는 순간부터 노드 A가 노드 B에서 방출한 마지막 비트를 수신할 때까지의 비트 간격은 575BT보다 작아야 합니다. 이 조건은 이더넷 네트워크에서 가장 중요합니다. 그 이행은 자동으로 처음 두 가지의 이행을 수반하기 때문입니다. 이 세 번째 조건은 네트워크 직경에 대한 제한을 설정합니다. RTD의 이중 실행 지연과 관련하여 세 번째 조건은 다음과 같이 공식화될 수 있습니다. T.

예를 들어 1500바이트와 같은 큰 프레임을 전송할 때 충돌이 발생하면 거의 전송 초기에, 늦어도 전송된 처음 64바이트보다 빨리 감지됩니다(이 시점에서 충돌이 발생하지 않은 경우 모든 방송국이 회선에서 듣고 있고 전송을 "듣기" 때문에 나중에 발생하지 않습니다. 잼 신호는 전체 프레임 크기보다 훨씬 짧기 때문에 CSMA/CD 알고리즘을 사용할 때 유휴 채널 용량의 양이 충돌을 감지하는 데 필요한 시간으로 줄어듭니다. 조기 충돌 감지 결과 효율적인 사용채널. 충돌 영역의 직경이 수 킬로미터인 경우 더 긴 네트워크의 특징인 늦은 충돌 감지는 네트워크의 효율성을 감소시킵니다. 사용 중인 네트워크의 동작에 대한 단순화된 이론적 모델을 기반으로(많은 수의 동시 전송 스테이션과 모든 스테이션에 대해 고정된 최소 전송 프레임 길이 가정), 네트워크 성능 U는 RTD/ST 비율로 표현될 수 있습니다. :

여기서 자연 로그의 밑은 입니다. 네트워크 성능은 변환되는 프레임의 크기와 네트워크 직경의 영향을 받습니다. 성능 최악의 경우(RDT=ST일 때)는 약 37%이고, 최상의 경우(RTD가 ST보다 훨씬 작을 때)는 1이 되는 경향이 있다. 공식은 동시에 전송을 시도하는 많은 스테이션의 한계에서 파생되지만, 아래에 설명된 잘린 이진 지수 알고리즘 지연의 기능을 고려하지 않으며, 예를 들어 전송하려는 스테이션이 15개 이상인 경우 충돌로 심하게 과부하된 네트워크에는 유효하지 않습니다.

잘린 이진 지수 백오프. CSMA/CD 알고리즘에서 충돌이 발생하면 스테이션은 패킷을 보낼 때 충돌이 연속으로 몇 번 발생했는지 계산합니다. 반복되는 충돌은 환경에 대한 높은 부하를 나타내므로 MAC 노드는 프레임 재시도 사이의 지연을 늘리려고 합니다. 시간 간격을 늘리는 해당 절차는 잘린 이진 지수 지연 규칙을 따르며 다음과 같이 작동합니다. 스테이션이 N 번째 전송 시도(전송 충돌로 인해 N-1 시도 실패)를 하기 전에 대기하는 슬롯 시간(51.2 µs 간격)의 수는 간격 0?R에서 균일 분포 함수를 갖는 임의의 정수입니다.<2 k где K =min(N,BL), и BL (backoff limit) - установленная стандартом предельная задержка, равная 10. Если количество последовательных безуспешных попыток отправить кадр доходит до 16 - коллизия возникает 16 раз подряд, то кадр сбрасывается.

절단된 이진 지수 지연을 사용하는 CSMA/CD 알고리즘은 많은 랜덤 액세스 알고리즘 중에서 최고로 인식되며 저부하 및 중부하 모두에서 효율적인 네트워크 운영을 보장합니다. 대용량 다운로드의 경우 두 가지 단점에 유의해야 합니다. 첫째, 충돌이 많은 스테이션 1은 프레임 전송을 처음 시도하는(이전에 프레임 전송을 시도한 적이 없음) 이미 프레임 전송을 시도한 스테이션 2보다 유리합니다. 몇 번이고 충돌합니다. 스테이션 2는 이진 지수 지연 규칙에 따라 후속 시도 전에 상당한 시간을 기다리기 때문입니다. 따라서 프레임 불규칙성이 관찰될 수 있으며 이는 시간 종속 응용 프로그램에 바람직하지 않습니다. 둘째, 부하가 크면 네트워크 전체의 효율성이 감소합니다. 추정에 따르면 25개 스테이션의 동시 전송으로 총 대역폭이 약 2배 감소합니다. 그러나 모든 스테이션이 동시에 매체에 액세스하는 것은 아니기 때문에 충돌 도메인의 스테이션 수는 더 많을 수 있습니다.

프레임 수신은 구조적으로 그림 2.4에 나와 있습니다.

그림 2.4 - CSMA/CD 알고리즘(MAC 계층)의 구조도: 스테이션에서 프레임을 수신할 때

허브나 스위치와 같은 수신 스테이션 또는 기타 네트워크 장치는 먼저 프리앰블에서 동기화한 다음 맨체스터 코드를 이진 형식(물리 계층에서)으로 변환합니다. 다음으로 바이너리 스트림이 처리됩니다. MAC 계층에서 프리앰블의 나머지 비트가 지워지고 스테이션은 대상 주소를 읽고 자신의 주소와 비교합니다. 주소가 일치하면 프리앰블, SDF 및 FCS를 제외한 프레임 필드가 버퍼링되고 체크섬이 계산되어 프레임의 검사 시퀀스 필드 FCS(CRC-32 순환 합산 방법 사용)와 비교됩니다. 같으면 버퍼의 내용이 더 높은 수준의 프로토콜로 전달됩니다. 그렇지 않으면 프레임이 삭제됩니다. 동축 세그먼트를 사용하는 경우 전위의 변화로 프레임 수신 시 충돌 발생을 감지하고, 꼬임 쌍 또는 광섬유를 사용하는 경우 결함 있는 프레임 수신 사실, 잘못된 체크섬으로 감지 . 두 경우 모두 수신된 정보는 폐기됩니다. 802.3 표준에 따른 프레임 전송 절차의 주요 파라미터 값은 표 2.1과 같다.

표 2.1 - 802.3 표준의 프레임 전송의 주요 매개변수 값

TPMA(Token Passing Multiple Access) 또는 TPMA 토큰 전달 방법. 토큰 전달 방법은 메시지를 보낼 수 있는 권한을 부여하는 워크스테이션에서 워크스테이션으로 토큰을 전달하는 미디어 액세스 방법입니다. 토큰을 받으면 워크스테이션은 네트워크를 통해 메시지를 전달하는 토큰에 토큰을 첨부하여 메시지를 보낼 수 있습니다. 송신 스테이션과 수신 스테이션 사이의 모든 스테이션이 이 메시지를 보고 수신 스테이션만 수신합니다. 그렇게 하면 새로운 마커가 생성됩니다. 토큰 또는 권한은 데이터 전송을 시작할 수 있도록 하는 고유한 비트 조합입니다. 권한 또는 토큰의 이전을 통한 다중 액세스 알고리즘은 그림 2.5에 나와 있습니다.

그림 2.5 - TPMA 알고리즘

각 노드는 이전 노드에서 패킷을 수신하고 신호 레벨을 공칭 레벨로 복원한 다음 더 전송합니다. 전송된 패킷은 데이터를 포함하거나 토큰일 수 있습니다. 워크스테이션이 패킷을 보내야 할 때 어댑터는 토큰을 기다린 다음 해당 수준의 프로토콜에 따라 형식이 지정된 데이터가 포함된 패킷으로 변환하고 LAN을 통해 결과를 추가로 전송합니다. 패킷은 목적지를 찾을 때까지 어댑터에서 어댑터로 LAN을 통해 전파되며, 목적지는 데이터가 목적지에 도달했음을 확인하기 위해 패킷에 특정 비트를 설정하고 LAN으로 다시 중계합니다. 그런 다음 패킷은 전송된 노드로 반환됩니다. 여기서 노드는 패킷의 오류 없는 전송을 확인한 후 새 토큰을 발행하여 LAN을 해제합니다. 따라서 토큰 전달 LAN에서는 충돌(충돌)이 불가능합니다. 토큰 전달 방식은 주로 링 토폴로지에서 사용됩니다.

이 방법은 다음과 같은 장점이 있습니다.

• - 네트워크에서 데이터 블록의 특정 시간 전달을 보장합니다.
• - 데이터 전송에 대해 서로 다른 우선순위를 제공할 수 있습니다.

그러나 다음과 같은 중요한 단점이 있습니다.

• - 네트워크에서 마커가 손실될 수 있으며 네트워크가 작동을 멈춘 동안 여러 마커가 나타날 수 있습니다.
• - 새 워크스테이션을 켜고 끄는 것은 전체 시스템의 주소 변경과 관련이 있습니다.

TDMA(시분할 다중 접속)는 시스템 간의 채널 시간 분포를 기반으로 합니다(그림 2.6). TDMA 액세스는 클록 생성기라고 하는 특수 장치의 사용을 기반으로 합니다. 이 생성기는 채널 시간을 반복 사이클로 나눕니다. 각 사이클은 구분 기호 신호로 시작합니다. 주기에는 셀이라고 하는 n개의 번호가 매겨진 시간 간격이 포함됩니다. 데이터 블록을 로드하기 위한 간격이 제공됩니다.

그림 2.6 - 시분할 다중접속 구조

이 방법을 사용하면 패킷 스위칭 및 회로 스위칭으로 데이터 전송을 구성할 수 있습니다.

간격을 사용하는 첫 번째(가장 간단한) 옵션은 간격의 수(n)를 고려 중인 채널에 연결된 가입자 시스템 수와 동일하게 만드는 것입니다. 그런 다음 주기 동안 각 시스템에 데이터를 전송할 수 있는 간격이 하나씩 주어집니다. 고려된 액세스 방법을 사용할 때 동일한 주기에서 일부 시스템에는 전송할 것이 없고 다른 시스템에는 할당된 시간이 충분하지 않은 경우가 종종 있습니다. 그 결과 대역폭이 비효율적으로 사용됩니다.

두 번째로 더 복잡하지만 매우 경제적인 옵션은 시스템이 예를 들어 비동기식 전송 방법을 사용하여 데이터를 전송해야 할 때만 간격을 수신하는 것입니다. 데이터 전송의 경우 시스템은 각 주기에서 동일한 수의 간격을 수신할 수 있습니다. 이 경우 시스템에서 전송한 데이터 블록은 일정한 간격으로 나타나며 동일한 지연 시간으로 도착합니다. 이것은 시뮬레이션된 회로 스위칭이 있는 데이터 전송 모드입니다. 이 방법은 특히 음성 전송에 유용합니다.

주파수 분할 다중 접속(FDMA) 또는 파장 분할 다중 접속(WDMA). FDMA 액세스는 채널 대역폭을 논리 채널을 형성하는 주파수 대역 그룹(그림 2.7)으로 나누는 것을 기반으로 합니다. 넓은 채널 대역폭은 보호 대역으로 분리된 여러 협대역으로 나뉩니다. 좁은 밴드의 크기는 다를 수 있습니다. WDMA라고도 하는 FDMA를 사용하면 넓은 채널 대역폭이 보호 대역으로 분리된 여러 협대역으로 분할됩니다. 각각의 협대역에서 논리 채널이 생성됩니다. 좁은 밴드의 크기는 다를 수 있습니다. 논리 채널을 통해 전송되는 신호는 서로 다른 반송파에 중첩되므로 주파수 영역에서 겹치지 않아야 합니다. 이와 함께 때때로 보호 대역이 있음에도 불구하고 신호의 스펙트럼 성분이 논리 채널의 경계를 넘어 인접 논리 채널에 노이즈를 유발할 수 있습니다.

그림 2.7 - 논리 채널 할당 방식

광 채널에서 주파수 분리는 서로 다른 주파수의 광선을 각각에 전달하여 수행됩니다. 이로 인해 물리적 채널의 처리량이 몇 배 증가합니다. 이 멀티플렉싱이 수행되면 많은 수의 레이저(다른 주파수에서)가 하나의 광섬유로 빛을 방출합니다. 각각의 방사선은 서로 독립적으로 섬유를 통과합니다. 수신단에서 물리적 채널을 통과한 신호의 주파수 분리는 출력 신호를 필터링하여 수행됩니다. FDMA 액세스 방법은 비교적 간단하지만 서로 다른 주파수에서 작동하는 송신기와 수신기가 필요합니다.

로컬 네트워크에는 항상 여러 가입자가 포함되며 각 가입자는 원칙적으로 독립적으로 작동하며 언제든지 네트워크에 액세스할 수 있습니다. 그러나 두 대의 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송하려고 하면 패킷이 "충돌"되어 손상됩니다. 이른바 충돌이 발생합니다. 서로 다른 가입자의 네트워크 사용을 간소화하고 가입자 간의 충돌을 방지하거나 해결하려면 네트워크 액세스 제어가 필요합니다. 세 가지 주요 액세스 방법이 있습니다.

충돌 감지 기능이 있는 캐리어 감지 다중 액세스

충돌 회피를 통한 캐리어 감지 다중 액세스;

토큰 전달 액세스;

요청 우선 순위에 따른 액세스.

첫 번째 방법은 논리적 공통 버스가 있는 네트워크에서만 사용됩니다. 이러한 네트워크의 모든 컴퓨터는 공통 버스에 직접 액세스할 수 있으므로 두 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 데 사용할 수 있습니다. 동시에 모든 네트워크 컴퓨터는 컴퓨터가 공통 버스로 전송하기 시작한 데이터를 즉시(물리적 매체를 통한 신호 전파 지연 고려) 수신할 수 있습니다. 모든 스테이션이 연결된 케이블은 다중 접속(MA) 모드로 동작한다고 합니다. 방법의 본질은 다음과 같습니다.

a) 데이터를 전송하고자 하는 스테이션은 공유 매체가 비어 있음을 보장해야 합니다. 이것은 반송파 주파수(반송파 감지, CS)라고 하는 신호의 기본 고조파를 청취함으로써 달성됩니다. 바쁜 환경의 신호는 맨체스터 코딩 방법을 사용할 때 순간에 전송되는 1과 0의 시퀀스에 따라 5-10MHz인 캐리어 주파수가 없다는 것입니다. 매체가 비어 있으면 노드는 데이터 전송을 시작할 수 있습니다. 데이터 전송이 끝난 후 모든 네트워크 노드는 9.6μs의 기술 일시 중지(Inter Packet Gap)를 유지해야 합니다. 이 일시 중지는 어댑터를 원래 상태로 가져오고 한 스테이션에서 매체를 독점적으로 캡처하는 것을 방지하는 데 필요합니다.

b) 기술 일시 중지가 끝난 후 환경이 무료이므로 노드는 데이터 전송을 시작할 권리가 있습니다. 데이터를 전송할 때 모든 스테이션은 케이블에 나타나는 신호를 동시에 모니터링합니다. 전송된 신호와 관찰된 신호가 다른 경우 충돌 감지(CD)가 감지됩니다(패킷 충돌).

c) 스테이션이 충돌을 감지한 경우 네트워크의 모든 스테이션에서 이 충돌을 가장 빨리 감지할 확률을 높이기 위해 데이터 전송을 중단하고 특수 시퀀스를 전송하여 충돌 상황을 증폭합니다. 잼 시퀀스라고 하는 32비트를 네트워크로 전송합니다.

d) 그 후 충돌을 감지한 전송 스테이션은 전송을 중지하고 짧은 임의 시간 간격 동안 일시 중지해야 합니다. 그런 다음 매체 캡처 및 데이터 전송을 다시 시도할 수 있습니다. 무작위 일시 정지는 다음 알고리즘에 따라 선택됩니다. t set = N t s, 여기서 N은 난수이고 t s는 네트워크의 지연에 의해 결정되며 2L/V를 초과해서는 안 됩니다(L은 네트워크의 총 길이 , V는 케이블의 신호 전파 속도) .

그림 2.8에서. 충돌의 발생 및 전파 다이어그램이 표시됩니다.

그림 2.8. 충돌의 발생 및 전파 방식

네트워크에 컴퓨터가 많을수록 네트워크 트래픽이 더 집중되고 충돌 횟수가 증가하여 네트워크 속도가 느려집니다.

충돌의 강도를 줄이려면 예를 들어 세그먼트의 노드 수를 줄이거나 애플리케이션을 교체하여 트래픽을 줄이거나 프로토콜 속도를 높여야 합니다.

두 번째 방법은 모든 액세스 방법 중에서 가장 인기가 없습니다. CSMA/CA를 사용하여 각 컴퓨터는 데이터를 네트워크로 보내기 전에 의도에 신호를 보내므로 다른 컴퓨터는 임박한 전송을 "알고" 충돌을 피할 수 있습니다. 그러나 브로드캐스트 알림은 전체 네트워크 트래픽을 증가시키고 네트워크 대역폭을 줄입니다. 따라서 CSMA/CA는 CSMA/CD보다 느립니다.

토큰 전달 접근 방식은 다음과 같습니다.

a) 토큰이라고 하는 특별한 패킷은 네트워크 가입자의 작업을 동기화하면서 컴퓨터에서 컴퓨터로 링 주위를 순환합니다. 네트워크에 데이터를 보내려는 컴퓨터는 무료 토큰이 도착하고 캡처할 때까지 기다려야 합니다. 토큰을 캡처한 컴퓨터는 토큰을 사용 중으로 표시하고(수신자와 발신자의 주소에 대한 정보가 포함된 헤더에 프레임으로 분할) 자체 패킷을 추가하고 수신된 번들(토큰 + 패킷)을 보냅니다. 더 링으로;

b) 이 번들을 수신하는 각 컴퓨터는 패킷의 주소가 지정되었는지 확인합니다. 패킷이 그의 것이 아닌 경우 컴퓨터는 "링"을 따라 패킷을 더 보냅니다. 이 경우 패킷은 각 컴퓨터에서 수락되어야 하며 그 후에만 더 보내거나 보내지 않아야 합니다.

c) 자신에게 주소가 지정된 패킷을 인식하고, 이 패킷을 수신하고, 토큰에 특별히 할당된 확인 비트를 설정하고, 토큰과 패킷에서 번들을 추가로 보내는 컴퓨터;

d) 전송 컴퓨터는 전체 링을 통과한 메시지를 다시 수신하고 토큰을 네트워크로 다시 보냅니다. 동시에 그는 확인 비트 분석을 통해 수신인이 자신의 패킷을 수락했는지 여부를 이미 알고 있습니다.

그림 2.9에서. 토큰을 전달하는 액세스 방법을 보여줍니다.

그림 2.9. 토큰 전달 접근 방식

요청 우선 순위(요구 우선 순위)에 의한 액세스는 100Mbps - 100VG - AnyLAN의 데이터 속도를 가진 이더넷 네트워크용으로 개발된 비교적 새로운 액세스 방법입니다.

이 방법은 100VG-AnyLAN 네트워크의 고유한 구성을 고려하여 스위치와 종단 장치로만 구성됩니다. 스위치는 전송 요청을 위해 네트워크의 각 노드를 순서대로 폴링하여 케이블에 대한 액세스를 관리합니다. 패킷을 전송하고자 하는 스테이션은 교환기에 특별한 저주파 신호를 보내고 우선 순위를 나타냅니다. 100VG - AnyLAN 네트워크는 낮음과 높음의 두 가지 우선 순위 수준을 사용합니다. 낮은 우선 순위는 일반 데이터(파일 서비스, 인쇄 서비스 등)에 해당하고 높은 우선 순위는 시간에 민감한 데이터(예: 멀티미디어)에 해당합니다.

네트워크가 비어 있으면 스위치가 패킷 전송을 허용합니다. 스위치는 수신된 패킷의 목적지 주소를 파싱한 후 자동으로 패킷을 목적지 스테이션으로 보냅니다. 네트워크가 사용 중이면 스위치는 수신된 요청을 대기열에 넣습니다. 대기열은 요청 순서에 따라 처리되고 우선순위를 고려합니다(우선순위가 높은 요청이 먼저 처리됨). 다른 스위치가 포트에 연결되어 있으면 다운스트림 스위치의 폴링이 완료될 때까지 폴링이 일시 중단됩니다.

우선 순위 기반 액세스를 사용하는 네트워크에서는 송신 컴퓨터, 스위치 및 수신 컴퓨터 간에만 통신이 설정됩니다. 이 옵션은 전체 네트워크에 대해 전송이 수행되는 CSMA/CD보다 효율적입니다. 또한 이러한 네트워크에서 각 컴퓨터는 8선 케이블을 사용하기 때문에 데이터를 동시에 송수신할 수 있으며, 각 전선 쌍은 25MHz의 주파수로 신호를 전송합니다. 그림 2.10은 요청 우선순위에 따른 접근 방식을 보여준다.

그림 2.10. 요청 우선순위별 접근 방식

액세스 방법은 네트워크 노드가 데이터 전송 매체에 액세스하고 수행하는 알고리즘을 정의합니다. 다중화/ 데이터 역다중화.

1970년대에 Norman Abrahamson은 하와이 대학교의 직원들과 함께 네트워크 액세스 문제를 해결하는 독창적인 방법을 제안했으며, 이를 나중에 ALOHA라고 불렀습니다. 이 알고리즘은 다수의 독립 사용자의 무선 채널에 액세스하는 데 사용되었습니다. ALOHA는 모든 사용자가 필요할 때 전송할 수 있습니다. 이 경우 전송되는 데이터의 충돌 및 왜곡이 불가피하다. 피드백 덕분에 알고리즘을 통해 발신자는 전송 중에 데이터가 손상되었는지 확인할 수 있습니다. 이러한 충돌이 등록되면 관련된 모든 참가자가 잠시 기다렸다가 다시 시도합니다. 노출 시간은 무작위로 선택되어 반복 충돌 가능성이 줄어듭니다.

알고리즘의 근본적인 차이점알로하 ~에서 CSMA/CD (이더넷에서 사용됨) 충돌 측면에서 첫 번째 경우에는 충돌이 수신기의 입력에서 감지되고 두 번째 경우에는 발신자의 출력에서 ​​감지됩니다..

다중화주파수(파장 - FDM)별로 수행할 수 있으며, 서로 다른 클라이언트에 서로 다른 주파수 범위를 제공하거나, 시간(TDM)별로 수행할 수 있어 클라이언트가 네트워크에 차례로 액세스하고 고정된 연속 시간 간격으로 작업을 위해 각 클라이언트를 예약할 수 있습니다. 동시에 프로세스에 있는 모든 참가자의 작업을 동기화해야 합니다. 최근에는 이것도 사용 다중화코드로 CDMA(코드 분할 다중 접속), 각 참가자에게 고유한 칩 코드가 할당되고 모든 클라이언트가 언제든지 전체 주파수 범위를 사용할 수 있습니다.

대부분의 최신 LAN은 CSMA/CD(Carrier Sensitive Multiple Access with Collision Detection) 액세스 알고리즘을 기반으로 하며 모든 노드가 네트워크 환경에 동등하게 액세스할 수 있으며 동시에 시도하면 충돌이 감지되고 전송 세션이 나중에 반복됩니다. 1975년에 Kleinrock과 Tobagy는 그러한 프로토콜의 다양한 변형을 고려했습니다. 다음 패킷(프레임)을 전송한 후 일반적으로 일시 중지됩니다. 그 후, 네트워크 세그먼트에 연결된 모든 노드는 행운을 시험할 수 있습니다. CSMA 알고리즘의 변형은 프레임 전송 후 신청자들이 서로 정리할 수 있을 때 특정 시간 영역(콘테스트)을 할당하는 방식이다. 충돌이 발생한 경우 다음 경쟁 도메인에서만 전송 시작이 가능합니다. 이 수정은 다음을 제공해야 합니다. 동기화 메커니즘끝없는 일련의 충돌을 제거합니다.

CSMA 알고리즘은 채널이 사용 중이면 사용자가 전송을 시작하지 않기 때문에 ALOHA보다 선호됩니다. 이 액세스 방법은 미국 특허 4,063,220 및 4,099,024(Xerox)에 적용되지만 IEEE는 이 알고리즘을 제한 없이 사용할 수 있도록 이 회사와 계약을 맺었습니다. 우선 액세스 기능이 없기 때문에 이러한 네트워크는 실시간 제어 작업에 적합하지 않습니다. CSMA/CD 알고리즘의 일부 수정(CAN 네트워크 또는 IBM DSDB에서 수행됨)을 통해 이러한 제한을 극복할 수 있습니다. 충돌로 인한 CSMA/CD 액세스는 최소 패킷 길이 제한을 의미합니다. 기본적으로 CSMA/CD 액세스 방법(반이중의 경우)에는 브로드캐스트 패킷이 포함됩니다(브로드캐스트 주소 지정과 혼동하지 말 것). 논리 네트워크 세그먼트의 모든 워크스테이션은 주소 부분을 읽기 위해 이러한 패킷을 적어도 부분적으로 인식합니다. 브로드캐스트 주소 지정을 사용하면 패킷이 버퍼로 완전히 읽혀질 뿐만 아니라 프로세서가 중단되어 이러한 패킷이 도착했다는 사실을 처리합니다.

CSMA/CD 액세스가 있는 네트워크에서 주체의 행동 논리는 다를 수 있습니다. 여기서 이들 주체의 접속 시간이 동기화되는지 여부가 핵심적인 역할을 한다. 이더넷의 경우 이러한 동기화가 없습니다. 일반적으로 동기화가 있는 경우 다음 알고리즘이 가능합니다.

1. 채널이 비어 있으면 단말은 확률 1로 패킷을 전송합니다.
2. 채널이 사용 중이면 터미널은 전송하기 전에 채널이 사용 가능해질 때까지 기다립니다.

1. 채널이 비어 있으면 단말은 패킷을 전송합니다.
2. 채널이 사용 중이면 단말은 다음 전송 시도 시간을 결정합니다. 이 시간은 일부 통계적 분포에 의해 제공될 수 있습니다.

1. 채널이 비어 있으면 단말은 확률 p로 패킷을 전송하고 확률 1p로 t초 동안(예를 들어, 다음 시간 영역으로) 전송을 지연시킨다.
2. 자유채널의 경우 반복 시도 시 알고리즘이 변경되지 않습니다.
3. 채널이 사용 중이면 터미널은 채널이 비워질 때까지 기다렸다가 포인트 1의 알고리즘에 따라 다시 작동합니다.

연산 하지만얼핏 보기에는 매력적으로 보이지만 100% 확률로 충돌 가능성도 내포하고 있다. 알고리즘 비그리고 에이 문제에 더 저항력이 있습니다.

CSMA 알고리즘의 효율성은 전송 측이 충돌 사실을 얼마나 빨리 파악하고 전송을 중단하는지에 달려 있습니다. 계속하는 것은 의미가 없고 데이터가 이미 손상되었기 때문입니다. 이 시간은 네트워크 세그먼트의 길이와 세그먼트 장비의 지연에 따라 다릅니다. 이중 지연 값은 이러한 네트워크에서 전송되는 패킷의 최소 길이를 결정합니다. 패킷이 더 짧으면 충돌로 인해 패킷이 손상되었다는 것을 송신측에서 알지 못하는 방식으로 전송될 수 있다. 스위치 및 전이중 연결을 기반으로 하는 최신 이더넷 근거리 통신망의 경우 이 문제는 관련이 없습니다..

이 설명을 명확히 하기 위해 스테이션(1) 중 하나가 주어진 네트워크 세그먼트에서 가장 멀리 떨어진 컴퓨터(2)로 패킷을 전송하는 경우를 고려하십시오. 이 기계에 대한 신호 전파 시간을 T라고 하자. 또한 기계(2)가 스테이션(1)에서 패킷이 도착하는 순간에 전송을 시작하려고 시도한다고 가정합시다. 이 경우 스테이션(1)은 전송 시작 ​​후 2T((1)에서 (2)까지의 신호 전파 시간 + (2)에서 (1)까지의 충돌 신호 전파 시간) 이후에만 충돌에 대해 학습합니다. 충돌 감지는 아날로그 프로세스이며 전송 스테이션은 전송하는 동안 케이블의 신호를 "수신"해야 하며 판독 결과를 전송 중인 것과 비교해야 합니다. 신호 인코딩 방식이 충돌 감지가 가능한 것이 중요합니다. 예를 들어 레벨이 0인 두 신호의 합은 이를 허용하지 않습니다. 충돌 손상이 있는 짧은 패킷의 전송은 그렇게 큰 문제가 아니라 전달 제어 및 재전송으로 문제를 해결할 수 있다고 생각할 수 있습니다.

인터페이스에 의해 등록된 충돌의 경우 재전송은 인터페이스 자체에서 수행되고 응답에 의한 전달 제어의 경우 재전송은 애플리케이션 프로세스에 의해 수행되므로 중앙의 리소스가 필요하다는 점만 고려해야 합니다. 워크스테이션의 프로세서.

다양한 랜덤 액세스 프로토콜에 대한 채널 활용 효율의 비교는 그림 1에 나와 있습니다. 10.5.

쌀. 10.5.

액세스 프로토콜 CSMA채널이 비어 있고 워크스테이션이 전송을 시작할 준비가 되었을 때 주어진 시간 영역 내에서 실제 프레임 전달이 특정 확률 p로 발생한다고 가정할 수 있습니다. 확률 1-p에서는 다음 시간 영역까지 전송이 지연됩니다. 다음 도메인에서 채널이 비어 있으면 확률 p로 전송이 발생하거나 다음 도메인까지 지연되는 식입니다. 프레임이 전송될 때까지 프로세스가 계속됩니다. 그림에서 이 확률 p는 약어 "CSMA" 뒤에 숫자로 표시됩니다. 이더넷의 경우 이 확률은 1(CSMA-1)과 같습니다. 즉, 워크스테이션이 이에 대한 준비가 되어 있고 채널이 비어 있으면 무조건 전송을 시작합니다. 그림에서 이 확률이 낮을수록 효율성이 높음을 알 수 있습니다(네트워크 매체에 대한 평균 액세스 시간도 증가함). 모든 종류의 CSMA 액세스 프로토콜이 두 종류 모두에서 ALOHA 프로토콜보다 더 효율적이라는 것은 분명합니다. 네트워크 매체가 사용 중임을 감지하면 스테이션이 전송을 시작하지 않기 때문입니다. CSMA 프로토콜의 또 다른 변형이 있습니다( 비영구적) 네트워크 엔티티가 준비되면 네트워크 환경의 상태를 분석하고 채널이 사용 중이면 의사 무작위 시간 간격 후에 시도를 재개합니다. 즉, 충돌이 발생한 것처럼 동작합니다. 이러한 알고리즘은 평균 액세스 지연을 크게 증가시켜 채널 활용의 효율성을 향상시킵니다.

무엇을 생각해 내기 어렵습니다. 반대로 접근 지연이 미미하고 채널 부하가 높은 경우에는 CSMA 접근 프로토콜의 종류나 프레임 충돌 가능성을 배제한 프로토콜 중 하나를 사용해야 한다. 이러한 알고리즘은 아래에 설명되어 있습니다..

패킷 충돌 문제를 피하는 방법을 살펴보겠습니다. N개의 워크스테이션이 네트워크 세그먼트에 연결되도록 합니다. 패킷 전송 후 N 시간 간격이 할당됩니다. 네트워크 세그먼트에 연결된 각 시스템에는 지속 기간 L의 이러한 간격 중 하나가 할당됩니다. 기계에 데이터가 있고 전송을 시작할 준비가 되었으면 이 간격에 1과 동일한 비트를 기록합니다. 이러한 N 간격 이후에 워크스테이션은 할당된 간격 수에 따라 차례로 패킷을 전송합니다(그림 10.6 참조). , N = 8).

쌀. 10.6.

그림의 예에서. 10.6에서 첫 번째 스테이션 0, 2 및 6은 전송 권한을 수신하고 다음 주기에서는 2 및 5(전달된 패킷은 회색으로 표시됨)를 받습니다. 워크스테이션이 간격(도메인)이 이미 지났을 때 무언가를 보내려면 다음 주기를 기다려야 합니다. 본질적으로 이 알고리즘은 예약 프로토콜입니다. 기계는 전송을 시작하기 전에 의도를 알립니다. 네트워크 세그먼트에 연결된 컴퓨터가 많을수록 더 많은 시간 슬롯을 예약해야 하고 네트워크 효율성이 낮아집니다. L의 성장과 함께 효율성이 증가하는 것은 분명합니다.

이 액세스 알고리즘의 변형은 실시간 데이터 수집 네트워크에서 구현됩니다. 할 수 있다(Controller Area Network - http://www.kvaser.se/can/protocol/index.htm - 접근 알고리즘 CSMA/CA- 충돌 방지 - 충돌 방지 포함). 거기에서 위에 표시된 간격으로 워크스테이션의 우선 순위 코드가 기록됩니다. 또한 스테이션 전체 또는 일부가 전송을 시작할 준비가 된 경우 스테이션을 동기화하고 동시에 고유 코드 기록을 시작해야 합니다. 버스의 이러한 신호는 "와이어 OR" 연산을 사용하여 합산됩니다(참가자 중 적어도 한 명이 논리적 신호를 설정하면 버스가 로우가 됨). 비트 중재 동안 각 송신기는 전송된 신호 레벨을 버스의 실제 레벨과 비교합니다. 이러한 레벨이 동일하면 계속할 수 있고 그렇지 않으면 전송이 중단되고 버스가 더 높은 우선순위 프레임을 계속 소유하게 됩니다. 알고리즘이 어떻게 작동하는지 설명하기 위해 N = 5이고 동시에 우선 순위 코드가 10000, 10100 및 00100인 스테이션 전송을 시작하려고 시도한다고 가정합니다. 비트를 보내는 첫 번째 스테이션은 1, 1 및 0입니다. 세 번째 스테이션은 즉시 경쟁에서 탈락합니다(그녀는