Метод доступа – набор правил, определяющих использование сети.

Реализуется на физическом уровне.

Задачей метода доступа является решение вопроса об испльзовании кабеля, соединяющего пользователей в сети.

1. Метод Ethernet

Множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов.

Любой ПК в сети «слышит» каждую передачу, однако не любой ПК ее принимает.

Любой ПК передает сообщение, в котором есть адрес приемника и отправителя. Все ПК слышат сообщения, но только один распознает его, принимает, посылает подтверждение.

Конфликт происходит, если два ПК одновременно передают сообщения. Тогда они прекращают передачу на случайный интервал времени, а затем возобновляют ее.

2. Метод Archnet

Метод доступа с эстафетной передачей для сети со звездообразной топологией.

ПК может передать сообщение, если получит маркер (token) – последовательность битов, созданную одним из ПК. Маркер перемещается по цепи как по кольцу. Все ПК имеютномер (от 0 до 255). Маркер идет от ПК к ПК. Когда ПК получает маркер, он может передать пакет данных (до 512 байт), включая адрес отправителя и приемника. Весь пакет идет от узла к узлу, пока не достигнет адресата. В этом узле данные выводятся, а маркер идет дальше.

Преимущество данного метода – предсказуемость, т.к. известен путь маркера, т.е. можно посчитать, сколько нужно времени для передачи.

Недостаток – любой узел функционирует в качестве повторителя, принимая и регенерируя маркер. В случае неправильной работы маркер мржет быть искажен или потерян.

3.МетодToken Ring

Передача маркера по кольцу (кольцевая топология)

При получении пустого маркера ПК может передать сообщение в течении определенного времени. Такое сообщение называется кадр (frame). Приемник копирует сообщение в свою память, но не выводит его из кольца. Это делает передающий компьютер, когда получает свое сообщение обратно.

Существует механизм приоритетов.

Преимущество – надежность и простота.

Можно отключать неисправные ПК

Способы коммутации и передачи данных

Сеть передачи данных обеспечивает связь между абонентами путем установления соединений. Важная характеристика сетипередачи данных – время доставки данных , коорое зависит от структуры сети передачи данных, ??? узлов связи и пропускной способности линий связи, а также от способа организации каналов связи между абонентами и способа передачи данных по каналам.

Рассмотрим сеть передачи данных (диаграмма а):

Информационная связь между абонентами может устанавливаться 3-мя способами: коммутацией каналов, сообщений, пакетов.

1. Коммутация каналов (диаграмма б)

Обеспечивает выделение физического канала для прямой передачи данных между абонентами.

Абонент a i инициирует установление связи с a j . Узел связи А, реагируя на адрес a j ,устанавливает соединение, в результате чего линия абонента a i коммутируется с линией, соединяющей узелAи В. Затем процедура установления связи повторяется для узловB, C, D. В конечном счете коммутируется канал между абонентамиa i иa j . По окончании коммутацииa j посылает сигнал обратной связи, после получения которого абонентa i начинает передавать данные. Время передачи данных зависит от длины сообщения и скорости передачи данных.

Для управления обменом в сети существует ряд правил, определяющих способы доступа к среде передачи. Эти правила регламентированы в методе управления обменом (или методе доступа к среде передачи) – одном из важнейших параметров сети, который определяется особенностями топологии, архитектурой и т.д. От эффективности выбранного метода зависит скорость обмена информацией между узлами, нагрузочная способность сети, время реакции сети на внешние события и т.д.

Существует следующая классификация методов управления:

· централизованные методы , при которых управление сосредоточено в одном месте. Недостатками являются: малая гибкость управления и неустойчивость к отказам центра. Достоинство – отсутствие конфликтов;

· децентрализованные методы , при которых отсутствует центр управления. Высокая устойчивость к отказам и большая гибкость – достоинства таких методов, однако здесь возможны конфликты, которые необходимо разрешать.

Можно привести другую классификацию методов:

· детерминированные методы , которые функционируют по четким правилам, по которым происходит захват сети узлами. При этом существует система приоритетов, в общем случае различных для разных узлов. Конфликты здесь практически исключены;

· случайные методы , которые подразумевают случайное чередование передающих узлов. Конфликты, неизбежно возникающие в этом случае, разрешаются с помощью заранее определенного алгоритма.

Рассмотрим некоторые конкретные реализации методов доступа.

Метод CSMA / CD (множественный доступ с контролем носителя и обнаружением коллизий) в настоящее время является одним из наиболее распространенных. Используется этот метод в архитектуре Ethernet. Отличительные особенности этого метода следующие:

· контроль носителя – перед передачей в сеть данных узел сначала проверяет состояние линии связи (носителя) на предмет занятости передачей других данных;

· множественный доступ – несколько узлов одновременно могут начать передачу данных в сеть;

· обнаружение конфликтов – если линия занята, то узел ждет ее освобождения. Может так случиться, что два узла, одновременно опросив линию, убеждаются в том, что она свободна и начинают передачу, и, как следствие, возникает конфликт сигналов. В этом случае оба передающих узла прекращают передачу и ожидают некоторое время (выбранное случайным образом для каждого), а затем повторяют запрос линии. В силу случайности вероятность того, что выбранные периоды времени одинаковы, практически мала. Также после посылки кадров каждый узел ожидает некоторое время, а затем, в случае отсутствия ошибок в сети, вновь начинает посылать данные.

Это необходимо для того, чтобы ни один узел не мог захватить линию связи монопольно.

Метод CSMA / CA (множественный доступ с контролем носителя и предотвращением конфликтов) работает вначале аналогично CSMA/CD. Однако, если узел не находит в линии чужих сигналов, он посылает запрос на передачу (RTS), тем самым объявляя всем, что он намерен выполнить передачу. Поэтому здесь возможен только конфликт запросов RTS, а не пакетов данных, т.е. конфликты исключены. Производительность этого метода меньше, чем CSMA/CD практически вдвое. Используется этот метод в сетях AppleTalk.

Методы CSMA/CD и CSMA/CА еще называют конкурентными методами (в них узлы как бы конкурируют за право передачи).

Метод с передачей маркера неконкурентный. Сигнал, называемый маркером, передается по сети от одного узла к другому, пока не достигнет того, который хочет начать передачу данных. Как правило, такой метод используется в кольцевой топологии, но может применяться и в шине. Пример сети с методом передачи маркера – Token Ring. В ней при попадании маркера на компьютер, который готов передавать данные, этот компьютер захватывает управление маркером, добавляет данные к сигналу маркера и передает его в сеть. При прохождении пакета по сети все компьютеры последовательно передают его дальше до тех пор, пока он не достигнет того, кому он предназначен. После этого компьютер-получатель добавляет в маркер данные об успешном приеме и передает маркер дальше по кругу. Компьютер-передатчик опять добавляет данные к маркеру и передает его по кругу или, если передавать нечего, вместо данных вставляет отметку о том, что маркер свободен. В некоторых архитектурах с передачей маркера, например, FDDI, по сети могут циркулировать несколько маркеров.

Метод доступа с приоритетами запросов был разработан для локальной сетевой архитектуры 100VG-AnyLAN (высокоскоростная, гибкая и эффективная архитектура, призванная заменить Ethernet). В этих сетях используется древовидная топология, аналогичная звезде (рис.2.15).

Рис.2.15. Топология 100VG-AnyLAN

Концентраторы выполняют карусельный обзор подключенных узлов для обнаружения запросов на передачу данных. Определенным типам данных может быть присвоен приоритет для их обработки концентратором в первую очередь, что гарантирует необходимую пропускную способность для высокоскоростных приложений в реальном времени.

Этот метод запросов более эффективен, нежели CSMA/CD, потому что здесь используются пары кабелей (четыре кабеля к одному компьютеру, т.е. можно одновременно и передавать, и принимать), и сигналы передаются только тому концентратору, к которому подключен узел, а не всей сети. Это также повышает безопасность передаваемых данных.

Классификация сетей по топологии

Сети на основе сервера

В сетях с выделœенным сервером, появляется иерархия, призванная упростить управление различными функциями сети по мере увеличения ее размера. Часто такие сети называют с архитектурой клиент/сервер.

В подобных сетях основная часть совместно используемых ресурсов сосредоточена на отдельном компьютере, называемом сервером. На сервере обычно нет базовых пользователœей, вместо этого они являются многопользовательскими компьютером, то есть предоставляют возможность совместного использования своих ресурсов клиентам сети.

Серверному подходу присуще множество преимуществ:

Можно поддерживать более строгую безопасность, по сравнению с одноранговой сетью;

Упрощение регулярного и надежного выполнения административных задач;

Пользователям не нужно запоминать, где хранятся различные ресурсы, как это было в одноранговых сетях.

Сеть на основе сервера имеет одно ограничение - ее развертывание и эксплуатация обходится намного дороже одноранговых сетей.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, сети на основе сервера оказываются очень эффективными в больших организациях. При обстоятельствах, требующих строго соблюдения безопасности или четкого управления ресурсами.

Сегодня широко используется комбинация однораногового и серверного доступа к ресурсам одной сети. Примером может послужить сеть с сервером, на котором централизованы ресурсы для универсального использования. Локальные рабочие группы такой сети могут предоставлять одноранговый доступ к своим ресурсам для своих внутренних нужд (комбинированные сети).

Топология сети - ϶ᴛᴏ схема соединœения компьютеров и других сетевых устройств с помощью кабеля или другой сетевой среды.

1.4.1 Сети с топологией «шина»

Шина представляет собой сеть, проложенную по линии (рис.2). Кабель проходит от од­ного компьютера к следующему, затем к следующему и т.д.

Рисунок 2 – Топология «шина»

В сети с шинной топологией сообщения, посылаемые каждым компьютером, по­ступают на всœе компьютеры, подключенные к шинœе. Каждый сетевой адаптер анали­зирует заголовки сообщений и таким образом определяет, предназначено ли сообще­ние для этого компьютера. В случае если да, то сообщение обрабатывается, в противном слу­чае отбрасывается. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. По этой причине пропускная способность делится между всœеми узлами сети.

В топологии «шина» существует проблема отражения сигнала. Электрические сигналы распространяются от одного конца кабеля к другому и если не предпринимать никаких специальных мер, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и создавать помехи, не позволяя другим компьютерам осуществлять передачу. По этой причине на концах кабеля электрические сигналы нужно гасить. Для этого используют терминатор (оконечное устройство).

Преимущества сети с шинной топологией.

Шинную топологию очень просто реализовать. Она относительно дешевая, потому что требует меньше кабелœей, чем другие топологии. Это решение особенно пригодно для небольших сетей, которые будут использоваться всœего несколько дней или недель, к примеру в классной комнате.

Недостатки сети с шинной топологией.

Недостаток шинной топологии состоит в том, что если происходит раз­рыв кабеля (или один из пользователœей вынимает разъем из гнезда, чтобы отклю­читься от сети), то вся сеть разрывается. При этом происходит не только разрыв связи между двумя группами изолированных компьютеров, но и возникает отра­жение сигнала из-за отсутствия терминаторов на концах, вследствие чего вся сеть выходит из строя.

1.4.2 Топология «Звезда»

Звезда – одна из наиболее популярных топологий локальных сетей. Звезда образуется путем соединœения каждого компьютера с центральным компонентом- концентратором (рис.3).

Рисунок 3- Топология «звезда»

Сигналы от передающего компьютера поступают на концентратор, где усиливается и передается на всœе порты ко всœем компьютерам. В этой топологии, как и в шинœе, сигнал поступает на всœе компьютеры. Получив сообщение, компьютер анализирует его заголовок и принимает решение: обработать или отбросить сообщение.

Главное преимущество этой топологии перед шиной – существенно большая надежность. Любые неисправности с кабелœем выводят из строя только тот компьютер, который им был подключен. И лишь неисправность концентратора выводит из строя всю сеть.

Легко менять конфигурацию сети – добавление нового компьютера заключается в присоединœении одного разъема кабеля.

Недостатком данной топологии является более высокая стоимость из-за приобретения концентратора, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничено количеством портов концентратора.

1.4.3 Топология «кольцо»

Сеть с топологией «кольцо» похожа на сеть с топологией «шина»: логически компьютеры в ней также соединœены друг с другом последовательно. Отличие состоит по сути в том, что в топологии «кольцо» два конца кабеля соединœены вместе. Сигнал, сгенерированный одним из компьютеров, движется по кольцу ко всœем остальным компьютерам и в конце концов возвращается в исходную точку.

Важно понимать, что в большинстве случаев «кольцо» - это логическая, а не физическая конструкция. Сетевое «кольцо» реализовано логически с помощью соединœения проводов внутри кабелœей и специального концентратора - модуля множественного доступа . Он получает данные через один порт и по очереди передает их через всœе остальные (рис.4).

Рисунок 4 - Топология «кольцо»

Использование физической топологии «звезда» в сети с топологией «кольцо» обеспечивает функционирование сети даже в случае повреждения кабеля или разъема. С помощью специальной схемы модуль множественного доступа просто исключает неисправную рабочую станцию из кольца, сохраняя его логическую топологию. В случае если компьютеры подключены к обоим кольцам, сеть может функционировать, даже если одно из них выйдет из строя.

Существует несколько различных методов доступа, однако наибольшее распространение получили следующие методы:

Передача маркера (эстафетный доступ);

1.5.1 Метод CSMA/CD

Сегодня самый распространенный метод управления доступом в локальную сеть - это CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем носителя и обнаружением конфликтов).

Чтобы понять, как он работает, рассмотрим отдельно фрагменты его названия.

Контроль носителя - когда компьютер собирается передать данные в сеть методом CSMA/CD, он должен сначала проверить, передает ли в это время по этому же кабелю свои данные другой компьютер. Другими словами, проверить состояние носителя: занят ли он передачей других данных.

Множественный доступ - это означает, что несколько компьютеров могут начать передачу данных в сеть одновременно.

Обнаружение конфликтов - это главная задача метода CSMA/CD. Когда компьютер готов передавать, он проверяет состояние носителя. В случае если кабель занят, компьютер не посылает сигналы. В случае если же компьютер не слышит в кабелœе чужих сигналов, он начинает передавать. При этом может случиться, что кабель прослушивают два компьютера и, не обнаружив сигналов, начинают передавать оба одновременно. Такое явление принято называть конфликтом сигналов (коллизией). Обнаружив коллизию, система немедленно останавливает передачу данных и начинает передачу сигнала затора, сигнализируя всœем системам, что нужно подождать освобождения сети. К омпьютеры ждут на протяжении случайного периода времени и посылают эти же сигналы повторно.

1.5.2 Метод CSMA/CA

Название метода расшифровывается как Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множественный доступ с контролем носителя и предотвращением конфликтов. По сравнению с предыдущим методом заменено лишь одно слово - "обнаружение (конфликтов)" на "предотвращение".

Первый шаг при попытке передать пакет: компьютер прослушивает кабель и определяет, свободен ли он. При этом, если компьютер не находит в кабелœе других сигналов, он сначала посылает сигнал запроса на передачу- RTS (Request to Send). Этим он объявляет другим компьютерам, что намерен начать передачу данных. В случае если другой компьютер сделает то же самое в тот же момент времени, то произойдет конфликт сигналов RTS, а не пакетов данных. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, пакеты данных никогда не смогут конфликтовать. Это принято называть предотвращением конфликтов

На первый взгляд, метод с предотвращением конфликтов значительно совершеннее, чем с обнаружением. При этом его производительность ниже из-за того, что дополнительно к данным приходится посылать сигналы RTS, подавляющее большинство которых не нужны. Фактически количество поступающих на кабель сигналов почти удваивается.

В быту востребованный

Глава 4. Локальные вычислительные сети
4.1. Методы доступа.

Типичная среда передачи данных в ЛВС - отрезок (сегмент) коаксиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы - компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети.

Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде - это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.

Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК). Англоязычное название метода - Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD). Этот метод основан на контроле несущей в линии передачи данных и устранении конфликтов, возникающих из-за попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем повторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени.

МДКН/ОК является широковещательным (broadcasting) методом. Все станции при применении МДКН/ОК равноправны по доступу к сети. Если линия передачи данных свободна, то в ней отсутствуют электрические колебания, что легко распознается любой станцией, желающей начать передачу. Такая станция захватывает линию. Любая другая станция, желающая начать передачу в некоторый момент времени t, если обнаруживает электрические колебания в линии, то откладывает передачу до момента t + t d , где t d - задержка.

Различают настойчивый и ненастойчивый МДКН/ОК в зависимости от того, как определяется t d . В первом случае попытка захвата канала происходит сразу после его освобождения, что допустимо при слабой загрузке сети. При заметной загрузке велика вероятность того, что несколько станций будут претендовать на доступ к сети сразу после ее освобождения, и, следовательно, конфликты станут частыми. В ненастойчивом МДКН/ОК задержка t d является случайной величиной.

При работе сети каждая станция анализирует адресную часть передаваемых по сети кадров с целью обнаружения и приема кадров, предназначенных для нее. Рис. 4.1. Алгоритмы доступа по методу МДКН/ОК

На рис. 4.1 представлены алгоритмы приема и передачи данных в одном из узлов при МДКН/ОК.

Конфликтом называется ситуация, при которой две или более станции "одновременно" пытаются захватить линию. Понятие "одновременность событий" в связи с конечностью скорости распространения сигналов по линии конкретизируется как отстояние событий во времени не более чем на величину 2*d, называемую окном столкновений , где d - время прохождения сигналов по линии между конфликтующими станциями. Если какие-либо станции начали передачу в окне столкновений, то по сети распространяются искаженные данные. Это искажение и используется для обнаружения конфликта либо сравнением в передатчике данных, передаваемых в линию (неискаженных) и получаемых из нее (искаженных), либо по появлению постоянной составляющей напряжения в линии, что обусловлено искажением используемого для представления данных манчестерского кода. Обнаружив конфликт, станция должна оповестить об этом партнера по конфликту, послав дополнительный сигнал затора, после чего станции должны отложить попытки выхода в линию на время t d . Очевидно, что значения t d должны быть различными для станций, участвующих в столкновении (конфликте); поэтому t d - случайная величина. Ее математическое ожидание должно иметь тенденцию к росту по мере увеличения числа идущих подряд неудачных попыток захвата линии.

Среди детерминированных методов преобладают маркерные методы доступа . Маркерный метод - метод доступа к среде передачи данных в ЛВС, основанный на передаче полномочий передающей станции с помощью специального информационного объекта, называемого маркером. Под полномочием понимается право инициировать определенные действия, динамически предоставляемые объекту, например станции данных в информационной сети.

Применяется ряд разновидностей маркерных методов доступа. Например, в эстафетном методе передача маркера выполняется в порядке очередности; в способе селекторного опроса (квантированной передачи) сервер опрашивает станции и передает полномочие одной из тех станций, которые готовы к передаче. В кольцевых одноранговых сетях широко применяется тактируемый маркерный доступ, при котором маркер циркулирует по кольцу и используется станциями для передачи своих данных.

Оригинальный метод применен в высокоскоростных сетях FDDI, рассматриваемый далее.

Метод доступа определяет алгоритм , согласно которому узлы сети получают доступ к среде передачи данных и осуществляют мультиплексирование / демультиплексирование данных.

В 1970-х годах Норман Абрахамсон вместе с сотрудниками Гавайского университета предложил оригинальный способ решения проблемы доступа к сети, который был назван позднее ALOHA . Этот алгоритм использовался для доступа к радиоканалу большого числа независимых пользователей. ALOHA разрешает всем пользователям передачу тогда, когда им это оказалось нужно. При этом неизбежны столкновения и искажения передаваемых данных. Алгоритм , благодаря обратной связи, позволяет отправителям узнать, были ли данные в процессе передачи искажены. Если зарегистрировано такое столкновение, все вовлеченные участники выжидают некоторое время и предпринимают повторную попытку. Время выдержки выбирается случайным образом, что делает повторные столкновения менее вероятными.

Принципиальное отличие алгоритма ALOHA от CSMA/CD (используемого в Ethernet) с точки зрения столкновений заключается в том, что в первом случае столкновения детектируются на входе получателя, а во втором – на выходе отправителя .

Мультиплексирование можно осуществлять по частоте ( по длине волны - FDM ), предоставляя разным клиентам разные частотные диапазоны, или по времени (TDM ), разрешая доступ клиентов к сетевой среде по очереди и резервируя каждому из них для работы фиксированные последовательные временные интервалы. При этом необходима синхронизация работы всех участников процесса. В последнее время стало использоваться также мультиплексирование по кодам CDMA (Code Division Multiple Access ), где каждому участнику выделяется уникальный чип-код и допускается использование всеми клиентами всего частотного диапазона в любой момент времени.

Большая часть современных локальных сетей базируется на алгоритме доступа CSMA/CD ( Carrier Sensitive Multiple Access with Collision Detection ), где все узлы имеют равные возможности доступа к сетевой среде, а при одновременной попытке фиксируется столкновение и сеанс передачи повторяется позднее. Ряд разновидностей такого протокола рассмотрели Кляйнрок и Тобаги еще в 1975 году. После передачи очередного пакета (кадра) обычно делается некоторая пауза. После этого любой узел, подключенный к сетевому сегменту, может попытать счастья. Модификацией CSMA-алгоритма является схема, в которой после передачи кадра выделяется определенный временной домен (соревнования), когда претенденты могут выяснять отношения между собой. При столкновении начало передачи возможно только во время очередного домена соревнования. В этой модификации должен быть предусмотрен некоторый механизм синхронизации и исключения бесконечной череды столкновений.

Алгоритм CSMA предпочтительнее ALOHA , так как здесь ни один из пользователей не начинает передачу, если канал занят. Этот способ доступа покрывается патентами США 4063220 и 4099024 (Ксерокс), но IEEE имеет соглашение с этой компанией, которое разрешает использовать данный алгоритм без каких-либо ограничений. Здесь нет возможности приоритетного доступа, и по этой причине такие сети плохо приспособлены для задач управления в реальном масштабе времени. Некоторое видоизменение алгоритма CSMA/CD (как это сделано в сетях CAN или в IBM DSDB) позволяют преодолеть эти ограничения. Доступ по схеме CSMA/CD (из-за столкновений) предполагает ограничение на минимальную длину пакета. По существу метод доступа CSMA/CD (в полудуплексном случае) предполагает широковещательную передачу пакетов (не путать с широковещательной адресацией). Все рабочие станции логического сетевого сегмента воспринимают эти пакеты хотя бы частично, чтобы прочесть адресную часть. При широковещательной адресации пакеты не только считываются целиком в буфер , но и производится прерывание процессора для обработки факта прихода такого пакета.

Логика поведения субъектов в сети с доступом CSMA/CD может варьироваться. Здесь существенную роль играет то, синхронизовано ли время доступа у этих субъектов. В случае Ethernet такой синхронизации нет. В общем случае при наличии синхронизации возможны следующие алгоритмы:

1. Если канал свободен, терминал передает пакет с вероятностью 1.
2. Если канал занят, терминал ждет его освобождения, после чего производится передача.

1. Если канал свободен, терминал передает пакет.
2. Если канал занят, терминал определяет время следующей попытки передачи. Это время может задаваться некоторым статистическим распределением.

1. Если канал свободен, терминал с вероятностью р передает пакет, а с вероятностью 1р он откладывает передачу на t секунд (например, на следующий временной домен).
2. При повторении попытки в случае свободного канала алгоритм не изменяется.
3. Если канал занят, терминал ждет, пока канал не освободится, после чего действует снова согласно алгоритму пункта 1.

Алгоритм А на первый взгляд представляется привлекательным, но в нем заложена возможность столкновений с вероятностью 100%. Алгоритмы Б и В более устойчивы в отношении этой проблемы.

Эффективность алгоритма CSMA зависит от того, как быстро передающая сторона узнает о факте столкновения и прерывает передачу, ведь продолжение бессмысленно - данные уже повреждены. Это время зависит от длины сетевого сегмента и задержек в оборудовании сегмента. Удвоенное значение задержки определяет минимальную длину пакета, передаваемого в такой сети. Если пакет короче, он может быть передан так, что передающая сторона не узнает о его повреждении в результате столкновения. Для современных локальных сетей Ethernet, построенных на переключателях и полнодуплексных соединениях, эта проблема неактуальна .

С целью пояснения этого утверждения рассмотрим случай, когда одна из станций (1) передает пакет самой удаленной ЭВМ (2) в данном сетевом сегменте. Время распространения сигнала до этой машины пусть равно Т. Предположим также, что машина (2) попытается начать передачу как раз в момент прихода пакета от станции (1). В этом случае станция (1) узнает о столкновении лишь спустя время 2Т после начала передачи (время распространения сигнала от (1) до (2) плюс время распространения сигнала столкновения от (2) к (1)). Следует учитывать, что регистрация столкновения - это аналоговый процесс и передающая станция должна "прослушивать" сигнал в кабеле в процессе передачи, сравнивая результат чтения с тем, что она передает. Важно, чтобы схема кодирования сигнала допускала детектирование столкновения. Например, сумма двух сигналов с уровнем 0 этого сделать не позволит. Можно подумать, что передача короткого пакета с искажением из-за столкновения - не такая уж большая беда, проблему может решить контроль доставки и повторная передача.

Следует только учесть, что повторная передача в случае зарегистрированного интерфейсом столкновения осуществляется самим интерфейсом, а повторная передача в случае контроля доставки по отклику выполняется прикладным процессом, требуя ресурсов центрального процессора рабочей станции .

Сопоставление эффективности использования канала для различных протоколов произвольного доступа произведено на рис. 10.5 .

Рис. 10.5.

Протокол доступа CSMA может предполагать, что когда канал оказывается свободным, а рабочая станция готова начать передачу, реальная пересылка кадра в рамках заданного временного домена происходит с определенной вероятностью p . С вероятностью 1-р передача будет отложена до следующего временного домена. В следующем домене, если канал свободен, с вероятностью р осуществится передача или будет отложена до следующего домена и так далее. Процесс продолжается до тех пор, пока кадр не будет передан. На рисунке эта вероятность р отмечена цифрами после аббревиатуры "CSMA". В случае Ethernet эта вероятность равна единице (CSMA-1) , то есть рабочая станция безусловно начнет передачу, если она к этому готова, а канал свободен. Из рисунка видно, что чем меньше эта вероятность , тем выше эффективность (среднее время доступа к сетевой среде также увеличивается). Очевидно, что все разновидности протокола доступа CSMA эффективнее протокола ALOHA в обеих его разновидностях. Связано это с тем, что ни одна станция не начинает передачу, если обнаружит, что сетевая среда занята. Существует еще одна разновидность протокола CSMA (nonpersistent ), в которой сетевой субъект при готовности анализирует состояние сетевой среды и, если канал занят, возобновляет попытку спустя псевдослучайный интервал времени, то есть ведет себя так, будто произошло столкновение. Такой алгоритм повышает эффективность использования канала при существенном возрастании усредненной задержки доступа.

трудно что-либо придумать. Напротив, когда задержка доступа несущественна, а загрузка канала велика, то следует использовать одну из разновидностей протокола доступа CSMA или один из протоколов, исключающих возможность столкновения кадров. Такие алгоритмы описаны ниже .

Рассмотрим, как можно избежать проблем столкновений пакетов. Пусть к сетевому сегменту подключено N рабочих станций. После передачи любого пакета выделяется N временных интервалов. Каждой подключенной к сетевому сегменту машине ставится в соответствие один из этих интервалов длительностью L . Если машина имеет данные и готова начать передачу, она записывает в этот интервал бит , равный 1. По завершении этих N интервалов рабочие станции по очереди, определяемой номером приписанного интервала, передают свои пакеты (см. рис. 10.6 , N = 8 ).

Рис. 10.6.

В примере на рис. 10.6 сначала право передачи получают станции 0, 2 и 6, а в следующем цикле - 2 и 5 (пересылаемые пакеты окрашены в серый цвет). Если рабочая станция захочет что-то передать, когда ее интервал ( домен ) уже прошел, ей придется ждать следующего цикла . По существу данный алгоритм является протоколом резервирования. Машина сообщает о своих намерениях до того, как начинает что-либо передавать. Чем больше ЭВМ подключено к сетевому сегменту, тем больше временных интервалов должно быть зарезервировано и тем ниже эффективность сети. Понятно, что эффективность растет с ростом L .

Вариация данного алгоритма доступа реализована в сетях сбора данных реального времени CAN ( Controller Area Network - http://www.kvaser.se/can/protocol/index.htm - алгоритм доступа CSMA/CA - collision avoidance - с исключением столкновений). Там в указанные выше интервалы записывается код приоритета рабочей станции. Причем станции должны быть синхронизованы и начинать запись своего уникального кода одновременно, если все или часть из них готовы начать передачу. Эти сигналы на шине суммируются с помощью операции "проволочное ИЛИ" (если хотя бы один из участников выставляет логическую единицу, на шине будет низкий уровень). В процессе побитового арбитража каждый передатчик сравнивает уровень передаваемого сигнала с реальным уровнем на шине. Если эти уровни идентичны, он может продолжить, в противном случае передача прерывается и шина остается в распоряжении более приоритетного кадра. Для пояснения работы алгоритма предположим, что N = 5 и одновременно производится попытка начать передачу станции с кодами приоритета 10000, 10100 , и 00100 . Первыми будут посланы станциями биты 1, 1 и 0. Третья станция сразу выбывает из конкурса (ее