Одночасний доступ багатьох користувачів з контролем несучої і виявленням колізій

Сьогодні термін стандартний Ethernet найчастіше застосовується для опису всіх ЛВС, що використовують технологію Ethernet (технологію колективного використання середовища передачі даних), яка в загальному випадку задовольняє вимогам специфікацій Ethernet, включаючи специфікації стандарту IEEE 802.3. Щоб використовувати принцип колективної роботи із середовищем передачі даних, в Ethernet застосовується протокол множинного доступу з контролем несучої і виявленням колізій (carrier sense multiple access/collision detection, CSMA/CD), Використання протоколу CSMA/CD дозволяє пристроям домовлятися про права на передачу.

GSMA/CD є методом доступу, який дозволяє тільки однієї станції здійснювати передачу в середовищі колективного використання. Завданням стандарту Ethernet є забезпечення якісного сервісу доставки даних. Не всі пристрої можуть здійснювати передачу на рівних правах протягом усього часу, оскільки це може призвести до виникнення колізії. Однак стандартні мережі Ethernet, що використовують протокол CSMA/CD, враховують всі запити на передачу і визначають, які пристрої можуть передавати в даний момент і в якій послідовності зможуть здійснювати передачу всі інші пристрої, щоб всі вони отримували адекватне обслуговування.

Перед відправкою даних вузол «прослуховує» мережу, щоб визначити, чи можна здійснювати передачу, або мережа зараз зайнята. Якщо в даний момент мережа ніким не використовується, вузол здійснює передачу. Якщо мережа зайнята, вузол переходить в режим очікування.

Виникнення колізій можливо в тому випадку, якщо два вузли, «прослуховуючи» мережу, виявляють, що вона вільна, і одночасно починають передачу. У цьому випадку виникає колізія, дані пошкоджуються і вузлам необхідно повторно передати дані пізніше. Алгоритми затримки визначають, коли конфліктуючі вузли можуть здійснювати повторну передачу. У відповідності з вимогами CSMA/CD, кожен вузол, почавши передачу, продовжує «прослуховувати» мережу на предмет виявлення колізій, дізнаючись таким чином про необхідність повторної передачі.

Метод CSMA/CD працює наступним чином: якщо вузол хоче здійснити передачу, він перевіряє мережу на предмет того, чи не передає в даний момент інший пристрій. Якщо мережа вільна, вузол починає процес передачі. Поки йде передача, вузол контролює мережу, щоб засвідчити, що в цей же момент часу не передає ніяка інша станція. Два вузла можуть почати передачу майже одночасно, якщо виявлять, що мережа вільна. У цьому випадку виникає колізія.

Коли передавальний вузол дізнається про колізію, він передає сигнал «Наявність колізії», що робить конфлікт досить довгим для того, щоб його могли розпізнати всі інші вузли мережі. Після цього всі передавальні вузли припиняють відправку кадрів на обраний випадковим чином відрізок часу, який називають часом затримки повторної передачі. Після закінчення цього періоду здійснюється повторна передача.

Якщо наступні спроби також закінчуються невдало, вузол повторює їх до 16 разів, після чого відмовляється від передачі.

Час затримки для кожного вузла різний. Якщо розходження в тривалості цих періодів затримки достатньо велике, то повторну передачу вузли почнуть уже не одночасно. З кожною наступною колізією час затримки подвоюється, аж до десятої спроби, тим самим зменшуючи ймовірність виникнення колізії при повторній передачі. З 10-ї по 16-ту спробу вузли час затримки більше не збільшують, підтримуючи його постійним.

Slot time - це час, протягом якого станція гарантовано може дізнатися, що в мережі немає колізії. Цей час тісно пов'язаний з іншим параметром мережі - вікном колізій (collision window). Вікно колізій дорівнює часу дворазового проходження сигналу між найбільш віддаленими вузлами мережі, тобто часу подвійного обороту - найгіршого варіанту затримки, при якій станція ще може виявити, що сталася колізія. Інтервал відстрочки вибирається рівним величині вікна колізій плюс деяка додаткова величина затримки.

Якщо яка-небудь передавальна станція не розпізнає колізію, то цей фрейм буде загублений. Втрачені дані можуть бути повторно передано яким-небудь протоколом верхнього рівня, що працює із установленням з'єднання. Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через набагато більш тривалий інтервал часу. Тому, якщо колізії не будуть надійно розпізнаватися, то це призведе до помітного зниження корисної пропускної спроможності даної мережі.