Το κοινό μέσο

Το κοινό μέσοΤο κοινό μέσο

Περιοχή Σύγκρουσης (Collision Domain)Όλα τα πλαίσια που στέλνονται στο μέσο

παραλαμβάνονται φυσικά από όλους τους δέκτες MAC header: περιέχει διεύθυνση προορισμού,

που εξασφαλίζει ότι μόνο ο διευκρινισμένος προορισμός μπορεί στη συνέχεια να διαβιβάσει πραγματικά το λαμβανόμενο πλαίσιο

Το κοινό μέσο Το κοινό μέσο

Το κοινό μέσοΤο κοινό μέσο

Tο κοινό καλώδιο επιτρέπει σε οποιοδήποτε υπολογιστή να στείλει όποτε επιθυμεί

Εάν δύο υπολογιστές διαβιβάσουν συγχρόνως, μια σύγκρουση θα συμβεί, με συνέπεια να αλλοιωθούν τα στοιχεία

ALOHAALOHA & συγκρούσεις & συγκρούσεις Πρωτόκολλο ALOHA: ελέγχει ποιος έχει δικαίωμα

να διαβιβάσειΛειτουργία:

–επιτρέπει σε οποιοδήποτε υπολογιστή να διαβιβάσει οποιαδήποτε στιγμή

–ΑΛΛΑ κάθε υπολογιστής προσθέτει checksum στο τέλος της μετάδοσής του για να μπορεί ο δέκτης να προσδιορίσει άν το πλαίσιο παραλήφθηκε σωστά

ALOHAALOHA & συγκρούσεις & συγκρούσεις

Λειτουργεί καλά ΟΤΑΝ ΕΧΟΥΜΕ χαμηλή χρησιμοποίηση μέσου (utilisation)

-> χαμηλή πιθανότητα σύγκρουσης της παρούσης μετάδοσης με αυτή ενός άλλου υπολογιστή

-> λογική πιθανότητα ότι τα στοιχεία δεν αλλοιώνονται

CSMA CSMA (Carrier Sense Multiple Access) (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA: παραλλαγή του ALOHA, η οποία βελτιώνει την απόδοση όταν υπάρχει υψηλότερη χρησιμοποίηση μέσου

Όταν ένας κόμβος έχει να διαβιβάσει κάποιες πληροφορίες, ακούει αρχικά το καλώδιο

CSMA CSMA (Carrier Sense Multiple Access)(Carrier Sense Multiple Access)

δεν παρατηρείται κανένα σήμα

Στοιχεία στέλνονται όταν

το φυσικό μέσο είναι αδρανές

CSMA CSMA (Carrier Sense Multiple Access)(Carrier Sense Multiple Access)

ΩΣΤΟΣΟ: Εάν δύο κόμβοι δοκιμάσουν ταυτόχρονα τη

μετάδοση

–και οι δύο θα μπορούσαν να δουν ένα αδρανές φυσικό μέσο (δηλ. κανένας δεν θα δει το σήμα του άλλου)

–και οι δύο θα αποφασίσουν να διαβιβάσουν –ΟΠΟΤΕ μία σύγκρουση θα συμβεί

Ανίχνευση ΣύγκρουσηςΑνίχνευση Σύγκρουσης ((Collision Detection - CDCollision Detection - CD))

Όταν υπάρχει αναμονή στοιχείων που θέλουν να σταλθούν, κάθε κόμβος ελέγχει τη δική του μετάδοση

Εάν κάποιος κόμβος παρατηρήσει μια σύγκρουση (αυξημένη τάση ρεύματος), σταματά τη μετάδοση αμέσως

αντί αυτού διαβιβάζει μια 32-bit Jam Sequence.

Ανίχνευση ΣύγκρουσηςΑνίχνευση Σύγκρουσης((Collision Detection - CDCollision Detection - CD))

Jam Sequence: εξασφαλίζει ότι οποιοσδήποτε άλλος κόμβος που μπορεί αυτήν την περίοδο να λαμβάνει αυτό το πλαίσιο,θα λάβει τη Jam Sequence αντί του σωστού 32-bit MAC-CRC

Υπόλοιποι δέκτες απορρίπτουν το πλαίσιο λόγω ενός CRC λάθους(Cyclic Redundancy Check )


ελάχιστο μέγεθος πλαισίων (δηλ. κανένα πλαίσιο δεν μπορεί να έχει καθαρά δεδομένα (payload) λιγότερα από 46 bytes)

Χρόνος αυλακώσεων Ethernet (Ethernet Slot Time).Όταν δύο ή περισσότεροι κόμβοι διαβίβασης

ανιχνεύσουν σύγκρουση, κάθε ένας αποκρίνεται με τη διαβίβαση της Jam Sequence


Επαναμετάδοση με ΑπόσυρσηΕπαναμετάδοση με Απόσυρση((Retransmission Back-Off)Retransmission Back-Off)

Σε περίπτωση σύγκρουσης έχουμε προσπάθειες επαναμετάδοσης

Ο μεταδότης περιμένει για τυχαίο χρονικό διάστημα πριν επιχειρήσει επαναμετάδοση

Για το Ethernet, το Back-Off time υπολογίζεται μέσω του αλγορίθμου “binary exponential back-off”


Διαδικασία πρόσβασης στο μέσο:– Ακρόαση μέσου έως ότου αυτό είναι ελεύθερο

(idle)– Αναμονή για χρόνο ίσο με το Interframe Gap

(Ethernet: 9.6 microseconds)– Μετάδοση frame (preamble – data – CRC-32)– Συνεχής ακρόαση του μέσου κατά τη διάρκεια

της μετάδοσης


Διαδικασία πρόσβασης στο μέσο:– Αν ο μεταδότης ανιχνεύσει σύγκρουση

διακόπτει και μεταδίδει το Jam Signal (Ethernet: 32 bits)

– Αύξηση του μετρητή προσπαθειών μετάδοσης– Αν ξεπεραστεί το όριο προσπαθειών μετάδοσης

το frame απορρίπτεται (Ethernet: 16 μεταδόσεις)

– Διαδικασία Retransmission Back-Οff


Διαδικασία Binary Exponential Back-Off– Μετά από σύγκρουση ο μεταδότης αποσύρεται για

τυχαίο χρονικό διάστημα που μετριέται σε ακέραιο αριθμό ( R ) από time slots (Ethernet: 51.2 microseconds)

– Όταν οι συγκρουόμενοι μεταδότες επιλέγουν διαφορετικό back-off time δεν συμβαίνει σύγκρουση, διαφορετικά η σύγκρουση επαναλαμβάνεται

– Ανάγκη επιλογής διαφορετικών back-off times, χωρίς τη δημιουργία μεγάλων καθυστερήσεων


Διαδικασία Binary Exponential Back-Off– Το τυχαίο πλήθος των back-off time slots επιλέγεται

από ένα σύνολο ακεραίων, που διπλασιάζεται σε κάθε προσπάθεια επαναμετάδοσης (ελάχιστος αριθμός time slots: 0, μέγιστος: 1023)

– Σύνολο ακεραίων για επιλογή τυχαίου πλήθους back-off time slots:

2 [0,1] {1η προσπάθεια} 4 [0,1,2,3] {2η προσπάθεια} 8 [0,1,2,3,4,5,6,7] {3η προσπάθεια} κ.ο.κ


Διαδικασία Binary Exponential Back-Off– Το πλήθος, λοιπόν, των ακεραίων του κάθε συνόλου

είναι δύναμη του 2 (2^K)– Με το διπλασιασμό κάθε φορά του συνόλου των

ακεραίων, υποδιπλασιάζεται η πιθανότητα σύγκρουσης μεταξύ συγκεκριμένου αριθμού κόμβων

– Το πλήθος των πιθανών back-off time slots (2^K) εξαρτάται από τον αριθμό της προσπάθειας επαναμετάδοσης (N). Ισχύει: N 10 => K = N , N > 10 K = 10



Παράδειγμα με 2 κόμβους– 1η προσπάθεια: Ν = 1 => Κ = 1. Έστω ότι και οι 2 κόμβοι

διαλέγουν από το σύνολο [0,1] τον ίδιο αριθμό back-off slots (π.χ. 1) => Οι κόμβοι συγκρούονται σε 51.2 + 9.6 μsecs

– 2η προσπάθεια: Ν = 2 => Κ = 2. Έστω ότι από το σύνολο [0,1,2,3] ο κόμβος Α διαλέγει να κάνει back-off για 0 slots, ενώ ο Β για 2 time slots. Ο κόμβος Α θα «νικήσει» και θα προλάβει να μεταδώσει πρώτος σε 9.6 μsecs, ενώ ο Β θα ακούσει κίνηση και θα αποσυρθεί (defer)


Κατάληψη του Κατάληψη του EthernetEthernet (Ethernet Capture)(Ethernet Capture)

Το CSMA/CD δεν είναι απόλυτο δίκαιο Όταν ένας κόμβος αρχίζει να μεταδίδει ένα

μεγάλο πλήθος πακέτων, τότε υπάρχει πιθανότητα να καταλάβει το μέσο

Αυτό μπορεί να συμβεί όταν σε ένα LAN κάποιος κόμβος παίζει κάποιο κεντρικό ρόλο και προκαλεί μεγάλη κίνηση

Λύση: Ταχύτερο δίκτυο , Τμηματοποίηση (μέσω switch)


Παράδειγμα (ο Α κυριαρχεί επί του Β)– Στην 1η προσπάθεια ο Α μεταδίδει πρώτος– Έπειτα ο Α αρχικοποιεί ενώ ο Β δοκιμάζει για 2η φορά.

Πολύ πιθανότερο να «νικήσει» και πάλι ο Α– Ο Α αρχικοποιεί ξανά για να στείλει το 3ο πακέτο. Ο Β

δοκιμάζει για 3η φορά. Τώρα πλέον είναι ασύγκριτα πιθανότερο να συνεχίζει να «νικάει» ο Α

– Σε τέτοιες περιπτώσεις ένας κόμβος ίσως τεθεί για κάποιο χρονικό διάστημα εκτός.


ΑπόδοσηΑπόδοση CSMA/CD CSMA/CD

Όταν μόνο ένας κόμβος προσπαθεί να διαβιβάσει οποιαδήποτε στιγμή μπορεί να επιτευχθεί μέχρι και 100% χρησιμοποίηση (utilization) του δικτύου

Όταν δύο ή περισσότεροι κόμβοι προσπαθούν να διαβιβάσουν συγχρόνως, η απόδοση Ethernet είναι λιγότερο προβλέψιμη


– Η πτώση στη χρησιμοποίηση και την απόδοση συμβαίνει επειδή χάνεται κάποιο εύρος ζώνης από συγκρούσεις και back-off καθυστερήσεις.

– Υπερφόρτωση απόδοσης + σπατάλη χωρητικότητας


– κοινό τοπικό Ethernet δίκτυο ≤1024 υπολογιστές

– Διαχωρισμός του τοπικού δικτύου σε ≥2 περιοχές σύγκρουσης που χρησιμοποιούν

– Fast Ethernet (100 Mbps)

Documents

Το κοινό μέσο