Методы случайного доступа

Во всех ЛС подключенные узлы сети функционируют независимо друг от друга, и, поэтому потребность в передаче информации возникает у них в непредсказуемые моменты времени. В системах с тактированным доступом и с передачей маркера узел должен задерживать передачу данных до получения специального разрешения. В ЛС по случайным доступам в режиме соперничества используется другой метод — узел может сделать попытку передачи в любой момент. Так как при этом возможно наложение нескольких сигналов (коллизия), то необходимо иметь определенный алгоритм, дающий возможность или избежать таких коллизий, или минимизировать их последствия. Системы с доступом в режиме соперничества реализуются очень просто, обеспечивают быстрый доступ к шине (по крайней мере, при небольшой нагрузке), а также позволяют легко подключать и отключать узлы сети. Эти системы характеризуются высокой живучестью благодаря тому, что, во-первых, большинство ошибочных или неблагоприятных условий приводит или к "молчанию", или к конфликту, а обе эти ситуации так или иначе поддаются обработке; во-вторых, отпадает потребность в центральном управляющем устройстве. Главный недостаток таких систем: при больших нагрузках время ожидания доступа к шине очень возрастает и изменяется непредсказуемо.

К случайным методам доступа к среде относятся методы: «простая ALOHA», «тактированная ALOHA», CSMA/CA (множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий), CSMA/CD (множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий).

Метод "простая ALOHA". Впервые принцип состязаний был использован на Гавайских островах в системе ALOHA — сети, предназначенной обеспечивать доступ многочисленных территориально распределенных терминалов или ЭВМ к среде центральной ЭВМ в режиме распределения времени. Терминалы имели возможность начать передачу в любой момент времени, что создавало реальную опасность появления накладок. Суть метода заключается в следующем. Если некоторая станция имеет пакет, готовый к передаче, она передает этот пакет, независимо от того, занят канал в это время или нет. По окончании передачи пакета станция запускает внутренний таймер и определяет, был ли пакет поврежден при передаче. Если по окончании определенного времени станция не получила подтверждения про прием ее пакета, то она начинает повторную передачу того самого пакета, и вновь запускает таймер. Для уменьшения вероятности повторения конфликта между теми самыми пакетами промежуток времени, через который станция повторяет передачу пакета, выбирается случайным образом. Станция-приемник (центральная ЭВМ) принимает как нормальные, так и конфликтующие пакеты. Чтобы избежать приема и обработки испорченных пакетов, все они проверяются на контрольную сумму. Подтверждение выдается только после приема пакета с правильной контрольной суммой, остальные просто игнорируются.

Метод прост в реализации, так как выявление столкновений и формирование случайной задержки на повторную передачу обеспечивается достаточно простыми способами. Простота реализации обеспечивает повышение надежности станций, а значит, и моноканала в целом.

Метод "тактированная ALOHA". "Тактированная ALOHA" (Slotted ALOHA) уменьшает вероятность столкновений, разделяя канал передачи на кванты времени и требуя, чтобы передача начиналась в начале отведенного кванта. ALOHA послужила базисом для Ethernet протокола для локальных сетей.

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) — множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий. Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он посылает короткий сигнал запроса на передачу (RTS) и определенное время ожидает ответа (CTS) от адресата назначения. При отсутствии ответа (подразумевается возможность коллизии) попытка передачи откладывается, при получении ответа в линию посылается кадр. При запросе на широковещательную передачу (RTS содержит адрес 255) CTS не ожидается. Метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на вышестоящих уровнях протокола. Метод применяется в сети Apple Local Talk, характерен простотой и низкой стоимостью цепей доступа [5].

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) — множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий. Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он начинает передачу кадра, одновременно контролируя состояние линии. При обнаружении коллизии передача прекращается, и повторная попытка откладывается на случайное время. Коллизии — нормальное, хотя и не очень частое явление для CSMA/CD. Их частота связана с количеством и активностью подключенных узлов. Нормально коллизии могут начинаться в определенном временном окне кадра, запоздалые коллизии сигнализируют об аппаратных неполадках в кабеле или узлах. Метод эффективнее, чем CSMA/CA, но требует более сложных и дорогих схем цепей доступа. Применяется во многих сетевых архитектурах: Ethernet, Ether Talk (реализация Ethernet фирмы Apple), G-Net, IBM PC Network, AT&T StarLAN [5].