Множественный доступ Carrier Sense (CSMA) – Часть 2

Система множественного доступа CSMA (Carrier Sense Multiple Access) гарантирует, что станция распознает канал перед передачей данных, чтобы избежать коллизий. Если канал занят, передача приостанавливается; если неактивен, она продолжается. Лекция посвящена двум вариантам: CSMA с обнаружением коллизий (CD), который останавливает передачу при обнаружении коллизии, и Carrier Avoidance (CA), который минимизирует потенциальные конфликты, предотвращая их заранее.

CSMA/CD, или Carrier Sense Multiple Access с обнаружением коллизий, - это протокол, используемый на MAC-уровне локальных сетей, таких как Ethernet. Когда две станции обнаруживают незанятый канал и передают данные одновременно, возникают коллизии; они обнаруживаются практически мгновенно. При обнаружении коллизии передача резко прекращается, чтобы не тратить время и полосу пропускания на поврежденные кадры. После того, как одна станция успешно завершает передачу своего кадра, другие станции обнаруживают, что канал свободен, но должны подождать в течение периода конфликта - минимального времени, гарантирующего отсутствие одновременных передач, — чтобы избежать дальнейших коллизий.

В сети, использующей множественный доступ Carrier Sense с обнаружением коллизий (CSMA/CD), коллизии возникают, когда две или более станции передают данные одновременно. Коллизии обнаруживаются путем сравнения мощности или длительности импульса передаваемых сигналов с принятыми, что приводит к немедленному прерыванию передачи. Затем станции ожидают в течение произвольных периодов времени, прежде чем повторить попытку, что снижает вероятность коллизий благодаря механизмам экспоненциального замедления. Процесс чередуется между периодами конкуренции, когда станции соревнуются за отправку кадров, и периодами передачи, чередующимися с простоями, когда ни одна станция не осуществляет передачу.

Эффективность CSMA/CD рассчитывается по формуле 1 / (1 + 6,44 * A), где A равно времени распространения, деленному на время передачи (TP/TT). Протокол оптимально работает для локальных сетей, но не подходит для сетей дальнего действия, таких как WAN или спутниковые системы, из-за снижения эффективности с увеличением расстояния. Большая длина пакетов повышает эффективность, достигая максимум 1500 байт на пакет. Время передачи должно быть как минимум вдвое больше времени распространения, что обеспечивает надлежащую функциональность.

CSMA/CA, или Carrier Sense Multiple Access с возможностью предотвращения столкновений, - это метод сетевого доступа, разработанный для беспроводных сетей, где обнаружение столкновений (как это используется в CSMA/CD) невозможно. В отличие от CSMA/CD в Ethernet, который обнаруживает коллизии после начала передачи, CSMA/CA предотвращает коллизии, обеспечивая простаивание канала перед передачей. Этот подход решает проблемы, характерные только для беспроводных сред, но остается ненадежным из-за проблем со скрытыми и открытыми терминалами. Решение использует протоколы обмена RTS-CTS в рамках алгоритмов, подобных MACA (Множественный доступ с предотвращением столкновений). Хотя оба они работают на канальном уровне модели OSI, Wi-Fi специально использует CSMA/CA в качестве метода доступа.

В этом вопросе сложно определить правильный блок, основанный на нескольких методах доступа. В синем поле указано, что Ethernet использует CSMA/CA, в то время как Wi-Fi использует CSMA/CD, в то время как в зеленом поле указано, что Ethernet использует CSMA/CD, а Wi-Fi использует CSMA/CA. Правильное понимание того, что Ethernet работает с функциями Carrier Sense Multiple Access с обнаружением столкновений (CSMA/CD) и Wi-Fi, использующими Carrier Sense Multiple Access с предотвращением столкновений (CSMA/CA), является ключом к решению этой проблемы.