Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов

Сегодня термин стандартный Ethernet чаще всего применяется для описания всех ЛВС, использующих технологию Ethernet (технологию коллективного использования среды передачи данных), которая в общем случае удовлетворяет требованиям спецификаций Ethernet, включая спецификации стандарта IEEE 802.3. Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (carrier sense multiple access/collision detection, CSMA/CD).

Использование протокола CSMA/CD позволяет устройствам договариваться о правах на передачу.

CSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. Задачей стандарта Ethernet является обеспечение качественного сервиса доставки данных. Не все устройства могут осуществлять передачу на равных правах в течение всего времени, поскольку это может привести к возникновению конфликтов. Однако стандартные сети Ethernet, использующие протокол CSMA/CD, учитывают все запросы на передачу и определяют, какие устройства могут передавать в данный момент и в какой последовательности смогут осуществлять передачу все остальные устройства, чтобы все они получали адекватное обслуживание.

Перед отправкой данных узел «прослушивает» сеть, чтобы определить, можно ли осуществлять передачу или сеть сейчас занята. Если в данный момент сеть никем не используется, узел осуществляет передачу. Если сеть занята, узел переходит в режим ожидания. Возникновение конфликтов возможно в том случае, если два узла, «прослушивая» сеть, обнаруживают, что она свободна, и одновременно начинают передачу. В этом случае возникает конфликт, данные повреждаются и узлам необходимо повторно передать данные позже. Алгоритмы задержки определяют, когда конфликтующие узлы могут осуществлять повторную передачу. В соответствии с требованиями CSMA/CD каждый узел, начав передачу, продолжает «прослушивать» сеть на предмет обнаружения конфликтов, узнавая таким образом о необходимости повторной передачи.

Рис. 4.2. CSMA/CD

Метод CSMA/CD работает следующим образом (рис. 4.2): если узел хочет осуществить передачу, он проверяет сеть на предмет того, не передает ли в данный момент другое устройство. Если сеть свободна, узел начинает процесс передачи. Пока идет передача, узел контролирует сеть, удостоверяясь, что в этот же момент времени не передает никакая другая станция. Два узла могут начать передачу почти одновременно, если обнаружат, что сеть свободна. В этом случае возникает конфликт, что показано на рис. 4.2.

Когда передающий узел узнает о конфликте, он передает сигнал «Наличие конфликта», делающий конфликт достаточно долгим для того, чтобы его могли распознать все другие узлы сети. После этого все передающие узлы прекращают отправку кадров на выбираемый случайным образом отрезок времени, называемый временем задержки повторной передачи. По истечении этого периода осуществляется повторная передача. Если последующие попытки также заканчиваются неудачно, узел повторяет их до 16 раз, после чего отказывается от передачи.

Время задержки для каждого узла разное. Если различие в длительности этих периодов задержки достаточно велико, то повторную передачу узлы начнут уже не одновременно. С каждым последующим конфликтом время задержки удваивается, вплоть до десятой попытки, тем самым, уменьшая вероятность возникновения конфликта при повторной передаче. С 10-й по 16-ю попытку узлы время задержки больше не увеличивают, поддерживая его постоянным.