Метод доступу до середовища передавання даних CSMA/CD

Суть методу CSMA/CD повністю розкрита в його назві: множинний доступ з упізнаванням несучої і виявленням колізій (carrier-sense-multiply-access with collision detection). За цим методом множина комп'ютерів мережі має безпо­середній доступ до фізичного середовища, побудованого за технологією загальної шини. При цьому всі комп'ютери мережі одночасно, з урахуванням затримки поширення сигналу по фізичному середовищу, одержують дані, які один з комп'ютерів почав передавати на загальну шину.

На рис. 6.2 показано локальну мережу, побудовану за топологією загальної шини, а на рис. 6.3 наведено часові діаграми передавання комп'ютерами кадрів у фізичне середовище.

Рис. 6.2. Передавання комп'ютерами даних у мережу

Усі дані, які передаються мережею, форматизуються у кадри визначеної структури і забезпечуються унікальною адресою станції призначення. Щоб одер­жати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище

вільне. Цього досягають прослуховуванням основної гармоніки сигналу, що також називається несучою частотою (carrier-sense, CS). Ознакою незайнятості середовища є відсутність на ній несучої частоти, що за тактової частоти 10 МГЦ і манчестерського способу кодування залежно від поточної послідовності одиниць і нулів становить 5-10 МГц.

Рис. 6.3. Часова діаграма передавання комп'ютерами кадрів у фізичне середовище

В момент часу ti комп'ютер РСі, прослухавши фізичне середовище і не виявивши несучої частоти, починає в момент часу t2 передавати на загальну шину кадр даних у вигляді послідовності біт. Дані, закодовані манчестерським кодом, поширюються з певною швидкістю загальною шиною в обидва боки (рис. 6.2, а). Кадр даних завжди супроводжується преамбулою довжиною 7 байт, і прапорцем початку кадру, довжиною 1 байт. Преамбула потрібна для входження приймача в побітову і побайтову синхронізацію із передавачем. Усі комп'ютери, під'єднані до кабелю, розпізнають факт передачі кадру. Комп'ютер, який розпізнав власну адресу в заголовку кадру, записує його вміст у свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані і передає їх нагору протоколам верхніх рівнів стека.

У момент часу t3 верхні рівні протоколів комп'ютера РСг вимагають від його мережевого адаптера передати дані в мережу, але він, прослуховуючи загальну шину, виявив на ній несучу і тому залишився в стані очікування.

У момент часу tt комп'ютер РСі закінчує передавати кадр даних, і всі комп'ютери мережі витримують технологічну паузу (Inter Packet Gap) Tn,=96 bt.

У технології Ethernet прийнято всі інтервали вимірювати в бітових інтервалах. Бітовий інтервал позначається як bt і відповідає проміжку часу між появою двох послідовних біт даних на кабелі. Для швидкості 10 Мбіт/с бітовий інтервал дорівнює 0,1 мкс, чи 100 не, тобто Тпі=9,6 мкс. Під час технологічної паузи мережеві адаптери передавача і отримувача кадру даних відновлюють свій початковий стан. Міжкадровий інтервал (технологічна пауза) потрібний також для запобігання монопольному захопленню середовища одним комп'ютером.

У момент часу t₅ комп'ютер РСг, прослухавши фізичне середовище, не виявив несучої частоти і почав передавати свій кадр (рис. 6.2, б) з послідовністю дій, описаних вище.

У момент часу t₇ дані починає передавати комп'ютер РС„. У цей самий момент часу комп'ютер PC і, не виявивши на загальній шині несучої (сигнали комп'ютера РС_П до нього ще не дійшли), розпочинає передавання свого кадру даних (рис. 6.2, в). У момент часу і% сигнали комп'ютерів РС_П і РСі зіштовхуються між собою, що призводить до їх загального спотворення (рис. 6.2, г). Це явище має назву "колізія". Щоб коректно обробити колізію, усі комп'ютери одночасно спостерігають за сигналами на кабелі. Першим явище колізії виявляє комп'ютер РСг, який для її підсилення посилає у фізичне середовище спеціальну jam-послідовність довжиною 32 біти.

Виявивши явище колізії, всі комп'ютери мережі припиняють посилання сигналів у фізичне середовище, і настає пауза випадкової довжини, тривалість якої для кожного комп'ютера буде іншою. Після закінчення випадкової паузи комп'ю­тер може знову спробувати захопити середовище. Випадкову паузу т_вп вибирають за таким співвідношенням:

x_Bn=L*512bt,

де L - ціле число, вибране з рівною ймовірністю з діапазону [0, 2ⁿ]; n =1,2,..., 10 -номер повторної спроби передавання певного кадру.

Після 10-ї спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Отже, випадкова пауза може набувати значення від 0 до 52,4 мс. Якщо 16 послідовних спроб передачі кадру викликають колізію, то передавач повинен припинити спроби і відкинути цей кадр.

У нашому випадку тривалість випадкової паузи комп'ютера PC і виявилася коротшою, ніж технологічна пауза комп'ютера РС_П і в момент ti₀ він розпочинає передавання свого кадру даних, а РС_П залишається у стадії очікування.

Тобто, метод CSMA/CD не гарантує вузлам мережі доступ до фізичного середовища. Ймовірність успішного одержання вузлом у своє роспорядження фізичного середовища залежить від завантаженості мережі Ethernet.