Множинний доступ з контролем несучої і уникненням колізій

Ще один поширений метод випадкового доступу - CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множинний доступ з контролем несучої і уникненням колізій) застосовується, наприклад, в мережі Apple LocalTalk. Абонент, що бажає передавати і виявив звільнення мережі, передає спочатку короткий керуючий пакет запиту на передачу. Потім він заданий час чекає відповідного короткого керуючого пакета підтвердження запиту від абонента-приймача. Якщо відповіді немає, передача відкладається. Якщо відповідь отримана, передається пакет. Колізії повністю не усуваються, але в основному стикаються керуючі пакети. Зіткнення інформаційних пакетів виявляються на більш високих рівнях протоколу.

Подібні методи будуть добре працювати тільки при не занадто великої інтенсивності обміну по мережі. Вважається, що прийнятну якість зв'язку забезпечується при навантаженні не вище 30-40% (тобто коли мережа зайнята передачею інформації приблизно на 30-40% усього часу). При більшому навантаженні повторні зіткнення частішають настільки, що настає так званий колапс або крах мережі, що представляє собою різке падіння її продуктивності.

Недолік всіх випадкових методів полягає ще й у тому, що вони не гарантують величину часу доступу до мережі, яка залежить не тільки від вибору затримки між спробами передачі, але і від загальної завантаженості мережі. Тому, наприклад, в мережах, які виконують завдання управління обладнанням (на виробництві, в наукових лабораторіях), де потрібна швидка реакція на зовнішні події, мережі з випадковими методами управління використовуються досить рідко.

При будь-якому випадковому методі управління обміном, що використовує детектування колізії (зокрема, при CSMA / CD), виникає питання про те, якою повинна бути мінімальна тривалість пакета, щоб колізію виявили всі почали передавати абоненти. Адже сигнал по будь-якій фізичній середовищі поширюється не миттєво, і при великих розмірах мережі (діаметрі мережі) затримка поширення може становити десятки і сотні мікросекунд. Крім того, інформацію про які відбуваються події різні абоненти отримують не в один час. З тим щоб розрахувати мінімальну тривалість пакета, слід звернутися до рис. 3.12.

Рис. 3.12. Розрахунок мінімальної тривалості пакета

Нехай L - повна довжина мережі, V - швидкість поширення сигналу у використовуваному кабелі. Припустимо, абонент 1 закінчив свою передачу, а абоненти 2 і 3 захотіли передавати під час передачі абонента 1 і чекали визволення мережі.

Після звільнення мережі абонент 2 почне передавати відразу ж, оскільки він розташований поруч з абонентом 1. Абонент 3 після звільнення мережі дізнається про цю подію і почне свою передачу через часовий інтервал проходження сигналу по всій довжині мережі, тобто через час L / V. При цьому пакет від абонента 3 дійде до абонента 2 ще через часовий інтервал L / V після початку передачі абонентом 3 (зворотний шлях сигналу). До цього моменту передача пакета абонентом 2 не повинна закінчитися, інакше абонент 2 так і не дізнається про зіткнення пакетів (о колізії), в результаті чого буде переданий неправильний пакет.

Виходить, що мінімально допустима тривалість пакета в мережі повинна становити 2L / V, тобто дорівнювати подвоєному часу поширення сигналу по повній довжині мережі (або по шляху найбільшої довжини в мережі). Цей час називається подвійним або круговим часом затримки сигналу в мережі або PDV (Path Delay Value). Цей же часовий інтервал можна розглядати як універсальну міру одночасності будь-яких подій в мережі.

Стандартом на мережу задається як раз величина PDV, що визначає мінімальну довжину пакета, і з неї вже розраховується допустима довжина мережі. Справа в тому, що швидкість поширення сигналу в мережі для різних кабелів відрізняється. Крім того, треба ще враховувати затримки сигналу в різних мережевих пристроях.

Окремо слід зупинитися на тому, як мережеві адаптери розпізнають колізію в кабелі шини, тобто зіткнення пакетів. Адже просте побітно порівняння переданої абонентом інформації з тією, яка реально присутній в мережі, можливо тільки в разі самого простого коду NRZ, використовуваного досить рідко. При застосуванні манчестерського коду, який зазвичай мається на увазі у випадку методу управління обміном CSMA / CD, потрібно принципово інший підхід.

Як уже зазначалося, сигнал в манчестерському коді завжди має постійну складову, рівну половині розмаху сигналу (якщо один з двох рівнів сигналу нульовий). Проте в разі зіткнення двох і більше пакетів (при колізії) це правило виконуватися не буде. Постійна складова сумарного сигналу в мережі буде обов'язково більше або менше половини розмаху (рис. 3.13). Адже пакети завжди відрізняються один від одного і до того ж зрушені один щодо одного в часі. Саме по виходу рівня постійної складової за встановлені межі і визначає кожен мережевий адаптер наявність колізії в мережі.

Рис. 3.13. Визначення факту колізії в шині при використанні манчестерського коду

Задача виявлення колізії суттєво спрощується, якщо використовується не справжня шина, а рівноцінна їй пасивна зірка (рис. 3.14).

При цьому кожен абонент з'єднується з центральним концентратором, як правило, двома кабелями, кожен з яких передає інформацію в своєму напрямку. Під час передачі свого пакета абоненту достатньо всього лише контролювати, не приходить йому в даний момент за зустрічним кабелю (приймального) інший пакет. Якщо зустрічний пакет приходить, то детектируется колізія. Точно так же виявляє колізії та концентратор.

Рис. 3.14.  Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда