11.4.4 Продуктивність мережі з протоколом csma/cd.
Оцінимо продуктивність мережі 802.3, яка використовує протокол CSMA/CD. Приймемо високе і постійне навантаження на мережу, коли багато станцій постійно готові до передавання. Аналіз для загального випадку дуже складний, тому приймемо постійну ймовірність повторного передавання для кожної щілини. Якщо кожна станція передає протягом змагання для даної часової щілини з ймовірністю p, то ймовірність A того, що певна станція здобуде доступ до середовища протягом часу тривання даної щілини становить
.
Максимальна ймовірність наступає при p=1/k. Середнє число щілин на одне змагання (на одну рамку) рівне 1/A, а його тривалість становить w=2/A.
Якщо середня рамка потребує для передавання P секунд, то ефективність каналу можна оцінити за формулою
.
При довжині рамки F, ширині смуги мережі B, довжині кабеля L, швидкості поширення сигналу v і при оптимальному варіанті e=2.718... часових інтервалів (щілин) на рамку, а також з урахуванням, що P=F/B, отримуємо
.
Чим більший другий доданок у знаменнику, тим менша ефективність каналу. Конкретніше, збільшення ширини смуги мережі або відстані між станціями (добутку BL) зменшує ефективність при даному розмірі рамки. Однак більшість досліджень в області мережевого устаткування спрямовані власне на збільшення цього добутку, бо користувачі хочуть мати велику ширину смуги на великій відстані (наприклад, в оптоволоконних MAN). Це означає, що мережі 802.3 не є найкращими системами для таких застосувань.
На рис. 11.4.4.1 показані результати розрахунку ефективності каналу для смуги 10 Мб/с.
Рис.
11.4.4.1. Ефективність каналу в залежності
від кількості станцій при різних
довжинах рамок.
Процедура передавання і приймання даних в протоколі CSMA/CD.
Підсумовуючи окремі аспекти застосування протоколу CSMA/CD, опишемо процедуру, визначену специфікаціями стандарту IEEE 802.3 цього протоколу.
Передавання даних. При передаванні даних згідно з протоколом CSMA/CD станції виконують п’ять кроків:
Крок 1: прослухування носія перед передаванням. Станції контролюють наявність у сегменті мережі сигналів, які свідчать про наявність носія; в стандарті 10Base5 це виявляється, зокрема, за рівнями напруг 0.85 В у середовищі (кабельній системі).
Крок 2: затримка (очікування), якщо середовище зайняте. При наявності носія в середовищі необхідна затримка перед повторенням спроби передавання. Час затримки - це часовий інтервал, протягом якогостанція очікує на можливість повторного передавання.
Крок 3: передавання і прослухування колізій. Якщо у середовищі протягом інтервалу часу, рівного тривалості 10 бітів (9.6 мкс для 10 Мб/с) або більше відсутній носій, то станція може почати передавання. Пакет передається через середовище у всіх можливих напрямах. Якщо одночасно ще одна станція передасть пакет у мережу, то виникне колізія. При колізії пакети, які спричинили колізію, перетворяться на фрагменти. Для виявлення колізії кожна станція, яка передає у середовище, водночас прослухує його. Колізія виявляється за специфічними змінами сигналу в середовищі (наприклад, для 10base5 - за рівнем сигналу в середовищі, який за абсолютною величиною перевищує 0.85 В). Для попередження інших станцій про виникнення колізії всі станції, які спричинили колізію, передають в середовище сигнал глушіння - неспецифіковані дані довжиною не менше 32 бітів, які не можуть співпадати з з контрольною сумою (CRC) попереднього пакету.
Крок 4: очікування моменту повторного передавання при виявленні колізії. Для уникнення нової колізії спроби повторного передавання для кожної станції, яка спричинила колізію, повинні бути здійснені після випадково вибраних часових інтервалів очікування. Для цього використовують алгоритми відступу.
Крок 5: повторне передавання або припинення роботи. Спроби повторного передавання станція може здійснювати до 16 разів, після чого припиняє їх.
Приймання даних. При прийманні даних станція повинна виконати чотири кроки:
Крок 1: Перегляд рамок, які прибувають і виявлення фрагментів. Здійснюється кожною станцією у даному сегменті мережі, незалежно від адреси призначення. При перегляді встановлюється, чи рамка має належну довжину (не меншу від 512 бітів або 64 октетів) і чи вона не є фрагментом, утвореним внаслідок колізії.
Крок 2. Перевірка адреси призначення. За умови, що рамка не є фрагментом, станція перевіряє адресу призначення. Якщо пакет адресований до даної станції, є багатоадресним (групова адреса) або широкомовним, то станція переходить до наступного кроку.
Крок 3. Перевірка цілісності рамки, яка прибула до станції-призначення. Перевірка цілісності включає контроль декількох параметрів рамки:
контроль максимальної довжини рамки; ця довжина не може перевищувати 1518 октетів;
правильність контрольної суми; контрольна сума, записана в рамці при передаванні, повинна бути тотожна до суми, обчисленої для прийнятої рамки;
якщо контрольна сума неправильна, то додатково перевіряється вирівняність рамки; правильно сформована рамка повинна містити ціле число октетів і закінчуватися на 8-бітовій межі;
контроль мінімальної довжини рамки; ця довжина не повинна бути меншою від 64 октетів.
Якщо будь-яка з вказаних контрольних операцій дала негативний результат, то рамка вважається некоректною і не підлягає подальшому опрацюванню.
Крок 4. Опрацювання пакету. Коректно сформована і прийнята рамка придатна для подальшого опрацювання даних, поміщених в неї.