Алгоритм доступа к среде CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD).

Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей среде передачи, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. В качестве среды передачи рассмотрим коаксиальный кабель, который работает в режиме коллективного доступа.

Любой компьютер имеет право начать передачу фрейма в любой момент времени, при условии, что среда передачи свободна. Непосредственно перед отправкой фрейма передающая станция слушает кабель, чтобы обнаружить, не передаются ли данные по кабелю. Если опознается несущая, то станция откладывает передачу своего фрейма до окончания чужой передачи. После окончания чужой передачи станция должна выждать паузу, называемую межкадровым интервалом (interframe gap), и после этого начать передачу своего кадра. Межкадровый интервал должен быть не менее 96 битовых интервалов.

Любой сетевой адаптер, подключенный к разделяемой среде, принимает все фреймы, отправляемые его соседями. Приняв фрейм, компьютер сравнивает свой MAC-адрес с MAC-адресом получателя, содержащимся в заголовке фрейма. Если MAC-адрес компьютера совпадает с MAC-адресом получателя, то компьютер записывает фрейм во внутренний буфер.

После этого осуществляется проверка целостности фрейма по CRC. Получатель рассчитывает контрольную сумму по полям фрейма, и сравнивает полученное значение со значением, содержащимся во фрейме. Если значение CRC, рассчитанное получателем, совпадает со значением CRC, содержащимся во фрейме, то фрейм считается неповреждённым. Если эти значения не совпадают, фрейм считается повреждённым. Если фрейм не повреждён, то содержимое поля данных фрейма передаётся на сетевой уровень для дальнейшей обработки. Если фрейм повреждён, то он удаляется из буфера, при этом никаких уведомлений об ошибке получатель не отправляет. Повторная передача утерянных данных возлагается на протоколы более высоких уровней. Поэтому Ethernet является сетью, которая работает в режиме негарантированной доставки. Отсутствие механизмов исправления ошибок на канальном уровне компенсируется использованием надёжных высокоскоростных каналов.
Попытка одновременной передачи фрейма более чем одним компьютером приводит к состоянию коллизии и искажению фрейм

Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми компьютерами сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть компьютерами, начавшими передачу своих кадров, специальной 32 битовой последовательности, называемой jam-последовательностью.
После обнаружения коллизии и передачи jam-последовательности передающий компьютер обязан прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, по истечении которого снова осуществить попытку передачи кадра. Максимальное количество попыток передачи фрейма равно 16. Если после 16 попыток фрейм передать не удалось, отправитель прекращает попытки передачи фрейма.

Устройства сетей Ethernet

Повторители

Повторитель (англ. repeater) является устройством физического уровня. Повторитель принимает входные импульсы, восстанавливает их, и передает вновь сформированные импульсы в следующий сегмент

Также в следующий сегмент передаётся состояние коллизии. Никакого изменения или анализа поступающих данных не производится. Задержка сигнала повторителем не должна превышать 7,5 битовых интервалов.

Хабы

Сетевой концентратор или хаб (англ. hub) - это многопортовый повторитель.

Битовые импульсы, поступающие на порт хаба, хаб восстанавливает и передаёт на все остальные порты. Также хаб передаёт на все свои порты состояние коллизии.
Физические сегменты, объединённые при помощи хабов и повторителей, являются разделяемой средой передачи данных. Сеть, построенная только на хабах и повторителях, является одним большим доменом коллизий с присущими ему недостатками. Современные сети Ethernet строятся преимущественно на коммутаторах.