3.1.3. Метод доступу до середовища передавання даних csma/cd

Суть методу CSMA/CD повністю розкрита в його назві - множинний доступ доступу з упізнаванням несучої і виявленням колізій (carrier-sense-multiply-access with collision detection). При використанні цього методу множина комп'ютерів мережі мають 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. 3.2 показана локальна мережа, побудована за технологією загальної шини, а на рис.3.3 приведені часові діаграми передавання комп’ютерами кадрів у фізичне середовище.

Усі дані, які передаються по мережі, форматизуються у кадри визначеної структури і забезпечуються унікальною адресою станції призначення. Щоб одержати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище вільне. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, що також називається несучою частотою (carrier-sense, CS). Ознакою незайнятості середовища є відсутність на ній несучої частоти, що при тактовій частоті 10 МГЦ і манчестерському способі кодування в залежності від текучої послідовності одиниць і нулів становить 5 - 10 Мгц.

У момент часу t₁ комп’ютер РС_1, 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 по загальній шині в обидва її кінці (рис. 3.2а). Кадр даних завжди супроводжується преамбулою довжиною 7 байт, і і прапорця початку кадру, довжиною1 байт. Преамбула потрібна для входження приймачів барежевих адаптерів у 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 стеку.

У момент t₃ верхні рівні протоколів комп’ютера РС₂ 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 t₄ комп’ютер РC₁ закінчує передачу кадру даних і всі комп’ютери мережі витримують технологічну паузу (Inter Packet Gap) _тп=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 величина бітового інтервалу дорівнює 0,1 мкс чи 100 нс. Таким чином _тп=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 монопольного захоплення середовища одним комп’ютером.

В момент часу t₅ комп’ютер РС₂ , прослухавши фізичне середовище, не виявив несучої частоти і починає передавання свого кадру (рис. 3.2б) з подальшою послідовністю дій, описаних вище.

В момент часу t₇ дані починає передавати комп’ютер РС_n . В цей же момент часу комп’ютер РС₁, не виявивши на загальній шині несучої (сигнали комп’ютера РС_n до нього ще не дійшли), розпочинає передавання свого кадру даних (рис. 3.2в). В момент t₈ сигнали комп’ютерів РС_n і РС₁ зіштовхуються між собою, що приводить до їх загального спотворення (рис. 3.2г). Це явище носить назву “колізія”. Щоб коректно обробити колізію, усі комп’ютери одночасно спостерігають за сигналами на кабелі. Першим явище колізії виявляє комп’ютер РС₂, який для її підсилення посилає у фізичне середовище спеціальну jam-послідовність, довжиною 32 біти.

Виявивши явище колізії, всі компютери 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. Випадкова пауза _вп вибирається за наступним співвідношенням:

_вп=L*512 bt, де L - ціле число, обране з рівною ймовірністю з діапазону [0, 2ⁿ];

n =1,2, ..., 10 - номер повторної спроби передавання даного кадру;

512 bt – інтервал відтермінування.

Після 10-ої спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, випадкова пауза може приймати 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 РС₁ виявилася коротшою, ніж випадкова пауза комп’ютера РС_n і в момент t₁₀ він розпочинає передавання свого кадру даних, а РС_n залишається у стадії очікування.

Таким чином, 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.