Классификация методов доступа. Метод доступа CSMA/CD.

Классификация методов доступа. Метод доступа CSMA/CD.

В ЛВС используется разделяемая среда передачи, т.е. все компьютеры сети имеют совместный доступ к кабелю. Если два или более компьютеров попытаются передавать данные одновременно, то их кадры «столкнутся» и будут испорчены. Возникнет ситуация, называемая коллизией. Поэтому передача данных по сети включает две задачи:

• поместить данные в кабель без коллизии;
• принять данные с достаточной степенью уверенности, что они не повреждены коллизией.

Эти задачи решаются с помощью выбора метода доступа – алгоритма использования общей среды передачи. Можно сказать, что метод доступа служит для предотвращения одновременного доступа к кабелю нескольких компьютеров и гарантирует, что в каждый момент времени только один компьютер будет передавать данные.

Все сетевые компьютеры должны использовать один и тот же метод доступа, иначе одни методы будут доминировать над другими, что не позволит осуществить передачу.

Существует три основных метода доступа к разделяемой среде передачи:

1. Множественный доступ с контролем несущей

o с обнаружением коллизий (CSMA/CD);

o с предотвращением коллизий (CSMA/CA);

2. Доступ с передачей маркера;

3. Доступ по приоритету запроса.

Метод CSMA/CD (carrier-sense-multiply-access with collision detection) разработан в конце 60-х годов. Используется в сетях Ethernet, т.е. в сетях с логической топологией «общая шина». Название метода раскрывает его суть.

Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к шине для передачи и получения данных – отсюда «множественный доступ». Чтобы получить возможность передавать данные, компьютер должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Поэтому все станции «прослушивают» кабель. Признаком незанятости среды является отсутствие в ней основной гармоники (несущей частоты) – «контроль несущей».

Если среда свободна, начинается передача кадра. Все узлы его получают, но записывает только тот, кто узнает свой адрес в заголовке. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс – межкадровый интервал. Он необходим для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние и для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией.

Все станции наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется коллизия (несколько станций одновременно передали кадр по общей среде, и произошло искажение информации). Компьютер, который обнаружил коллизию, прерывает передачу и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной 32-битной последовательности – jam-последовательности. После этого все станции обязаны прекратить передачу на некоторый случайный интервал времени.

Основные свойства метода CSMA/CD:

1. Метод носит вероятностный и состязательный характер. Компьютеры конкурируют за право передавать данные. Вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды передачи зависит от загруженности сети. Метод не гарантирует доступ.

2. Способность обнаруживать коллизии ограничивает область действия метода. Для каждого типа кабеля существует эффективная длина, свыше которой сигнал ослабевает и компьютеры не могут его «услышать».

3. При интенсивном трафике возрастает число коллизий. Следовательно, пропускная способность сети Ethernet резко падает, т.к. сеть постоянно занята повторными попытками передачи кадров (лавинообразное нарастание повторных передач). Поэтому ограничено количество станций, которые можно подключить к сегменту кабеля.

Метод CSMA/CA не так популярен. Каждый компьютер перед передачей сигнализирует о своем намерении другим компьютерам. Они «узнают» о готовящейся передаче и избегают коллизий. Однако широковещательное оповещение увеличивает общий трафик и уменьшает пропускную способность сети. Следовательно, метод CSMA/CA работает медленнее, чем CSMA/CD.

 

Домен коллизии.

Домен коллизий — это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно, каждый узел которой может создать коллизию с любым другим узлом этой части сети.

Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.

Приведенная на рис. 12.15 сеть представляет собой один домен коллизий. Если, например, столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то в соответствии с логикой работы концентраторов 10Base-T сигнал коллизии распространится по всем портам всех концентраторов.

Если же вместо концентратора 3 поставить в сеть мост, то его порт С, связанный с концентратором 4, воспримет сигнал коллизии, но не передаст его на свои остальные порты, так как это не входит в его обязанности. Мост просто отработает ситуацию коллизии средствами порта С, который подключен к общей среде, где эта коллизия возникла. Если коллизия возникла из-за того, что мост пытался передать через порт С кадр в концентратор 4, то, зафиксировав сигнал коллизии, порт С приостановит передачу кадра и попытается передать его повторно через случайный интервал времени. Если порт С принимал в момент возникновения коллизии кадр, то он просто отбросит полученное начало кадра и будет ожидать, когда узел, передававший кадр через концентратор 4, сделает повторную попытку передачи. После успешного принятия данного кадра в свой буфер мост передаст его на другой порт в соответствии с таблицей продвижения, например на порт А. Все события, связанные с обработкой коллизий портом С, для остальных сегментов сети, которые подключены к другим портам моста, просто останутся неизвестными.

Альтернативное определение

В технологии Ethernet существует понятие домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, где она возникла. Сеть Ethernet, построенная на повторителях и концентраторах, всегда образует один домен коллизий, который соответствует одной разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.

 

Альтернативное определение

Альтернативное определение

Принцип работы

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели концентраторов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано концентратором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключенного устройства в отдельный сегмент, домен коллизии.

 

Классификация методов доступа. Метод доступа CSMA/CD.

В ЛВС используется разделяемая среда передачи, т.е. все компьютеры сети имеют совместный доступ к кабелю. Если два или более компьютеров попытаются передавать данные одновременно, то их кадры «столкнутся» и будут испорчены. Возникнет ситуация, называемая коллизией. Поэтому передача данных по сети включает две задачи:

• поместить данные в кабель без коллизии;
• принять данные с достаточной степенью уверенности, что они не повреждены коллизией.

Эти задачи решаются с помощью выбора метода доступа – алгоритма использования общей среды передачи. Можно сказать, что метод доступа служит для предотвращения одновременного доступа к кабелю нескольких компьютеров и гарантирует, что в каждый момент времени только один компьютер будет передавать данные.

Все сетевые компьютеры должны использовать один и тот же метод доступа, иначе одни методы будут доминировать над другими, что не позволит осуществить передачу.

Существует три основных метода доступа к разделяемой среде передачи:

1. Множественный доступ с контролем несущей

o с обнаружением коллизий (CSMA/CD);

o с предотвращением коллизий (CSMA/CA);

2. Доступ с передачей маркера;

3. Доступ по приоритету запроса.

Метод CSMA/CD (carrier-sense-multiply-access with collision detection) разработан в конце 60-х годов. Используется в сетях Ethernet, т.е. в сетях с логической топологией «общая шина». Название метода раскрывает его суть.

Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к шине для передачи и получения данных – отсюда «множественный доступ». Чтобы получить возможность передавать данные, компьютер должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Поэтому все станции «прослушивают» кабель. Признаком незанятости среды является отсутствие в ней основной гармоники (несущей частоты) – «контроль несущей».

Если среда свободна, начинается передача кадра. Все узлы его получают, но записывает только тот, кто узнает свой адрес в заголовке. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс – межкадровый интервал. Он необходим для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние и для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией.

Все станции наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется коллизия (несколько станций одновременно передали кадр по общей среде, и произошло искажение информации). Компьютер, который обнаружил коллизию, прерывает передачу и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной 32-битной последовательности – jam-последовательности. После этого все станции обязаны прекратить передачу на некоторый случайный интервал времени.

Основные свойства метода CSMA/CD:

1. Метод носит вероятностный и состязательный характер. Компьютеры конкурируют за право передавать данные. Вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды передачи зависит от загруженности сети. Метод не гарантирует доступ.

2. Способность обнаруживать коллизии ограничивает область действия метода. Для каждого типа кабеля существует эффективная длина, свыше которой сигнал ослабевает и компьютеры не могут его «услышать».

3. При интенсивном трафике возрастает число коллизий. Следовательно, пропускная способность сети Ethernet резко падает, т.к. сеть постоянно занята повторными попытками передачи кадров (лавинообразное нарастание повторных передач). Поэтому ограничено количество станций, которые можно подключить к сегменту кабеля.

Метод CSMA/CA не так популярен. Каждый компьютер перед передачей сигнализирует о своем намерении другим компьютерам. Они «узнают» о готовящейся передаче и избегают коллизий. Однако широковещательное оповещение увеличивает общий трафик и уменьшает пропускную способность сети. Следовательно, метод CSMA/CA работает медленнее, чем CSMA/CD.