Алгоритм доступа к среде

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры. Заголовок каждого кадра в обязательном порядке содержит уникальные физические адреса (MAC-адреса) станции-источника и станции назначения.

Любая станция может начать передачу кадра, но перед этим она должна убедиться, что передающая среда свободна. Это достигается прослушиванием среды передачи на частоте основной гармоники сигнала или несущей частоте, которая в случае передачи на скорости 10 Мбит/с равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей. Признаком незанятости среды является отсутствие несущей.

Все станции распознают факт передачи кадра, и та станция, которая узнает свой адрес, как адрес назначения в заголовке кадра, записывает кадр в свой буфер и передает для дальнейшей обработке вышележащему уровню (обычно сетевому).

После окончания передачи кадра все узлы обязаны выждать технологическую паузу длительностью 9,6 мкс, которая так же называется межкадровым интервалом (Inter Packet Gap). После этого станция может начать передачу нового кадра. Практически не все станции строго одновременно фиксируют факт окончания передачи кадра из-за задержек в распространении сигнала.

Коллизии

При описанном подходе возможна ситуация, когда две или более станции начали передачу одновременно, так как механизм прослушивания несущей не гарантирует от такой ситуации. При этом говорят, что произошла коллизия (collision). При этом сигналы разных станций накладываются друг на друга и происходит искажение информации. Коллизия является нормальной ситуацией в работе сети Ethernet. При этом для возникновения коллизии две станции не обязательно должны начать передачу строго одновременно, чаше всего один узел начинает передачу немного раньше, но сигналы просто не успевают дойти до второго узла. Таким образом, коллизии - следствие распределенного характера сети.

Чтобы корректно обработать коллизию, передающая станция наблюдает за возникающими в кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, фиксируется обнаружение коллизии (collision detection). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети, станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра и искусственно усиливает состояние коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, которая называется jam-последовательностью.

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. За­тем она может снова предпринять попытку захвата среды и 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 в передаче кадров. При значительной интен­сивности коллизий полезная пропускная способность сети Ethernet резко падает, так как сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров. Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует стан­ции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте исполь­зования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа — плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой.