Цель работы

Изучить сеть передачи данных по протоколу CSMA/CA.

CSMA/CA

История появления.

В ранней сети типа Alohanet, работавшей с 1970 г. на Гавайских островах, использовался радиоканал и установленный на спутнике ретранслятор (отсюда слово «несущая» в названии метода), а также сравнительно простой метод доступа CSMA без обнаружения коллизий. В сетях типа Ethernet и Fast Ethernet в качестве несущей выступает синхросигнал, «подмешиваемый» к передаваемым данным таким образом, чтобы обеспечить надёжную синхронизацию на приёмном конце. Это реализуется за счёт организации (при необходимости) дополнительных принудительных переходов сигнала между двумя (как в коде Манчестер-II) или тремя электрическими уровнями (как в коде типа 8В6Т, используемом в сегменте 100BASE-T4 на основе четырёх неэкранированных витых пар).

Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance (CSMA/CA, «множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий») — это вероятностный сетевой протокол канального (МАС) уровня, в котором:

• используется схема прослушивания несущей волны;

• станция, которая собирается начать передачу, посылает jam signal (сигнал затора);

• после продолжительного ожидания всех станций, которые могут послать jam signal, станция начинает передачу фрейма;

• если во время передачи станция обнаруживает jam signal от другой станции, она останавливает передачу на отрезок времени случайной длины и затем повторяет попытку.

CSMA/CA — это модификация чистого Carrier Sense Multiple Access (CSMA).

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» — предотвращение коллизий (именно пакетов данных).

Избегание коллизий используется для того, чтобы улучшить производительность CSMA, отдав сеть единственному передающему устройству. Эта функция возлагается на jam signal в CSMA/CA. Улучшение производительности достигается за счёт снижения вероятности коллизий и повторных попыток передачи. Но ожидание jam signal создаёт дополнительные задержки, поэтому другие методики позволяют достичь лучших результатов. Избегание коллизий полезно на практике в тех ситуациях, когда своевременное обнаружение коллизии невозможно — например, при использовании радиопередатчиков.

Протокол CSMA/CA предназначен для обнаружения конфликтов при передаче данных. Он использует явное подтверждение доставки данных, сообщающее о том, что передаваемый пакет доставлен и не поврежден.

Данный метод работает следующим образом. Когда один компьютер собирается передать информацию другому, он прослушивает линию. При отсутствии несущей (основной гармоники сигнала, в сетях типа Ethernet и Fast Ethernet в качестве несущей выступает синхросигнал, «подмешиваемый» к передаваемым данным таким образом, чтобы обеспечить надёжную синхронизацию на приёмном конце) он посылает всем компьютерам сети короткое сообщение — RTS (Ready To Send, готов к передаче), содержащее информацию о получателе и времени, необходимом для передачи данных. Получив такой пакет, все компьютеры прекращают на указанный промежуток времени передачу собственных данных. Компьютер, для которого предназначен пакет, отсылает отправителю сообщение CTS (Clear To Send, свободен для передачи) о готовности к приему данных.

Получив такое сообщение, компьютер-отправитель пересылает первую порцию данных и ждет подтверждения доставки пакета. После такого подтверждения передача данных продолжается. Если сообщение об успешной доставке не пришло, то компьютер-отправитель ждет произвольное количество времени и повторно передает необходимый пакет. При запросе на широковещательную передачу (RTS содержит адрес 255) CTS не ожидается.

Данный метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на вышестоящих уровнях протокола. Метод применяется в сети Apple LocalTalk, характерен простотой и низкой стоимостью цепей доступа.

Такой метод передачи гарантирует доставку пакетов данных, однако в то же время заметно снижает скорость передачи. Именно поэтому беспроводные сети намного медленнее проводных и останутся таковыми надолго, если не навсегда. Чтобы хоть как-то повысить скорость передачи данных по таким сетям, специальный протокол канального уровня фрагментирует пересылаемые пакеты (разбивает их на более мелкие части), что увеличивает шанс их удачной передачи.

Блок-схема работы

Технические характеристики

Характеристика	FHSS-кодирование сигнала	DSSS-кодирование сигнала
Размер слота, мкс	50	20
Размер окна конкуренции (CW), слотов	15…1023	31…1023
Короткий межкадровый интервал (SIFS), мкс	28	10
Межкадровый интервал централизованного режима доступа PCF (PIFS), мкс	78	30
Межкадровый интервал распределенного режима доступа DCF (DIFS), мкс	128	50
Максимальная длина кадра данных 802.11, байт	2346
Длина RTS-кадра, байт	20
Длина CTS-кадра, байт	14

PIFS = SIFS + 1×Временной слот

DIFS = SIFS + 2×Временной слот