Этапы доступа к среде

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры. В кадре содержатся адреса станций назначения и отправления.

Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, принимают кадр данных, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Так как адрес станции-источника включен в исходный кадр, станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно попытаются передать кадр данных по общему кабелю (рисунок 3.14).

Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD).

Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров.

При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мб/с очень высока и обеспечит потребности компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой.

Это предположение иногда справедливо и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet'ом растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.

Основные временные и логические соотношения метода CSMA/CD, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

· между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9,6 мкс. Эта пауза необходима для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией;

· при обнаружении коллизии (условия обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32– битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети;

· после обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр;

· узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи;

· величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.

Рисунок 3.14 – Схема возникновения коллизии в методе случайного доступа CSMA/CD tp - задержка распространения сигнала между станциями A и B

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet.

Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных передан верно, то этот кадр данных будет утерян, так как информация кадра исказится из-за наложения сигналов при коллизии, он будет отбракован принимающей станцией (скорее всего из-за несовпадения контрольной суммы).

Искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например, транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения и нумерацией своих сообщений.

Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через гораздо более длительный интервал времени (десятки секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.