5. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов.

Протоколы случайного множественного доступа (СМД) к среде передачи (называемые также методами доступа) используются на MAC-подуровне в широковещательных сетях, к которым относятся локальные вычислительные сети (ЛВС) с шинной топологией. В широковещательной сети посылаемое сообщение может быть получено более или менее одновременно во всех точках сети. Общей для всех систем такого рода является проблема состязаний. Проблема возникает при передаче, поскольку все передающие станции имеют доступ к одному каналу. Первой информационно-вычислительной сетью, в которой использовался моноканал со случайным доступом, была радиосеть ALOHA, разработанная в Гавайском университете. В ней моноканалом служил радиоканал. Наиболее широкое распространение получила предложенная фирмой Xerox моноканальная кабельная ЛВС Ethernet. Наиболее известными являются следующие протоколы СМД: «простая ALOHA», «тактированная ALOHA», множественный доступ с контролем несущей (CSMA), множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Последние два протокола являются наиболее распространенными среди других. Это объясняется эффективностью обнаружения и устранения конфликтов и простотой схемных решений MAC-уровней, а также возможностью высокой загрузки моноканала и большой нагрузки ЛВС. Положительные характеристики ЛВС Ethernet, использующей метод доступа CSMA/CD, привели к тому, что на ее основе созданы международные стандарты. Протокол CSMA/CD был определен в американском стандарте IEEE 802.3 и в его европейском аналоге – стандарте ECMA-82. Ниже приводится содержательное описание процедуры управления каналом, соответствующей протоколу CSMA/CD, используемому в ЛВС типа Ethernet. 1. Передача. Станция может начать передачу в некоторый момент времени, когда условия задержания отсутствуют; станция может продолжать передачу всех бит пакета (кадра) до конца пакета или до момента обнаружения конфликта. Конфликтом называется ситуация, заключающаяся в наложении передач от различных станций. 2. Аварийное прекращение передачи. Если обнаружен конфликт, передача пакета прекращается и передается «заглушка» (4–6 байт произвольных данных) для того, чтобы гарантировать надежное обнаружение конфликта всеми другими станциями, начавшими передачу. 3. Повторная передача. После того, как станция обнаружила конфликт и прекратила передачу, она должна ждать случайное время, задержать передачу в соответствии с пунктом 5, а затем пытаться повторить пакет. После 16 попыток передачи принимается решение повторить или завершить передачу на уровне протокола более высокого уровня. 4. Отсрочка передачи. Величина задержки повторной передачи вычисляется на основе усеченного экспоненциального двоичного алгоритма отсрочки. Цель алгоритма – устранить с высокой вероятностью состязание между N станциями (N = 0…1024). Время задержки перед n-й попыткой – случайная величина с равномерным распределением из интервала (0,2n – 1), где 0 < n < 10. Для 11– 15-й попыток интервал усекается и остается в диапазоне (0,1023). Единицей времени задержки является величина, равная 512 битовым интервалам (51,2 мс). 5. Задержка передачи. Станция должна задержать передачу, если обнаружен сигнал передачи от другой станции и не закончился минимальный интервал паузы между пакетами после завершения сигнала передачи. Формальные спецификации CSMA/CD-протокола в стандартах ECMA представлены на расширенной версии языка Паскаль, относятся к одной станции и ориентированы на передачу. Полная имитационная модель, основанная на такой спецификации, может быть очень дорогой из-за длительного времени выполнения. Дополнительные трудности возникают при попытке формирования полной модели сети. Для устранения указанных трудностей в предлагаемой ниже модели в качестве элемента передачи выбран не бит, а кадр. При построении модели принят ряд упрощающих предположений и допущений: 1) физический уровень рассматривается как обслуживающий целую сеть (моноканал), а не индивидуальную станцию. Столкновения обнаруживаются одновременно во всех станциях; 2) задержки распространения сигнала между двумя станциями считаются равными. Это позволяет сделать предположение о существовании некоего среднего абстрактного приемника, равноудаленного от всех передатчиков.