Метод доступа CSMA/CD (основные понятия)

Передача пакетов в Ethernet

Алгоритм начала передачи

Алгоритм передачи пакета

Вычисление задержки повтора передачи
Задержка = RAND (0, 2 min (N,10)) • ST
N — значение счетчика попыток;
RAND (a, b) ─ генератор случайных нормально распределенных целых чисел в диапазоне а...b, включая крайние значения;
ST ─ квант времени, равный 512 BT;
Максимальная задержка равна 1024 ST (524 788 BT).

Признаки искажённого
коллизией кадра
Кадр имеет длину, меньшую минимально допустимого размера 512 BT (карликовый кадр) — если коллизия произошла до 480-го бита кадра;
Кадр имеет неправильную контрольную сумму — если коллизия произошла после 480-го бита кадра, то сигнал-пробка (32 бита) играет роль контрольной суммы;
Кадр имеет длину, не равную целому числу байт, — если коллизия произошла в середине одного из передаваемых байтов.

Максимальная скорость передачи
Наименьшая избыточность — пакет максимальной длины (1500 байт полезной информации + 26 байт служебной информации + 96 бит IPG = 12304 бита);
Если нет коллизий, то скорость передачи пакетов (при скорости сети 100 Мбит/с) составит:
108/12304 = 8127,44 пакета в секунду;
Пропускная способность сети (скорость передачи полезной информации) будет равна:
8127,44 · 1500 байт = 12,2 Мбайт/с;
Эффективность использования скорости сети:
8127,44 · 12000 бит/108 = 98%.

Производительность сети Ethernet

Методы контроля ошибок
Проверка передающим абонентом:
Побитовая проверка в процессе передачи пакета (сравнение передаваемого бита и состояния сети);
Сравнение переданного пакета и пакета, возвращённого принимающим абонентом;
Проверка принимающим абонентом:
Выбор из нескольких копий пакетов, полученных от передающего абонента;
Проверка контрольной суммы пакета, подсчитанной передающим абонентом и включённой в пакет.

Метод CRC (циклическая
избыточная проверка)
Контрольная сумма FCS (n-разрядная) — остаток от деления по модулю 2 передаваемого пакета (кадра) на образующий полином с разрядностью (n + 1);
Вероятность обнаружения одиночной ошибки равна 100%;
Вероятность обнаружения ошибок кратностью 2 и более примерно равна: (1 - 2 –n), где n – разрядность контрольной суммы (при условии N>>n, где N – количество бит кадра);

Деление по модулю 2 в методе CRC

Реализация вычислителя
контрольной суммы

Выбор образующего полинома
Количество разрядов полинома равно (n+1), где n ─ требуемая разрядность циклической контрольной суммы;
Старший бит полинома равен 1;
Полином делится (по модулю 2) без остатка только на единицу и на самого себя (простое число в смысле деления по модулю 2);
Количество единиц в коде полинома должно быть минимально, чтобы упростить аппаратуру вычислителя контрольной суммы.

Сегмент 10BASE5

Сегмент 10BASE2 (Cheapernet)

Параметры сегментов
10BASE5 и 10BASE2

Сегменты 10BASE-T

Объединение сегментов 10BASE-T

Контакты разъёма RJ-45 сегмента 10BASE-T

Прямой и перекрёстный кабели 10BASE-T

Контроль целостности линии связи 10BASE-T

Контакты разъёма RJ-45 сегмента 100BASE-T4

Прямой и перекрёстный кабели 100BASE-T4

Область коллизии (Collision Domain)

Классы концентраторов
Класс II ─ простой, более быстрый, без кодирования и декодирования, без возможности управления (Ethernet, Fast Ethernet);
Класс I ─ сложный, более медленный, с кодированием и декодированием, с возможностью управления (только Fast Ethernet).

Предельный размер области коллизий
Ethernet (10 Мбит/с):
Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 51,2 мкс;
Одинарная задержка в кабеле = 25,6 мкс;
Предельная длина кабеля = 25,6 мкс/4 нс = 6,4 км;
Fast Ethernet (100 Мбит/с):
Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 5,12 мкс;
Одинарная задержка в кабеле = 2,56 мкс;
Предельная длина кабеля = 2,56 мкс/4 нс = 640 м;
Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с):
Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 0,512 мкс;
Одинарная задержка в кабеле = 0,256 мкс;
Предельная длина кабеля = 0,256 мкс/4 нс = 64 м;

Расчёты для сети Ethernet (10 Мбит/с)
Двойная задержка распространения сигнала (PDV) по пути максимальной длины не должна превышать 512 BT. В задержку входят: задержки в сетевых адаптерах, задержки в концентраторах, задержки в кабелях. Ограничение на длину кабелей и количество концентраторов.
Уменьшение межпакетной щели (ΔIPG) для любого пути не должно превышать 49 BT. IPG уменьшается при прохождении пакетов через концентраторы. Ограничение на количество концентраторов.
Оба условия должны выполняться для всей сети.

Путь максимальной длины Ethernet

Расчёт PDV для сети Ethernet
(10 Мбит/с)
PDV = Ʃ PDVS ≤ 512 BT
PDVS = to + L·tl , где L ─ длина кабеля сегмента в метрах

Расчёт сокращения IPG
для сети Ethernet
Сокращение IPG:
ΔIPG = Ʃ ΔIPGS ≤ 49 BT
Учитываются только начальный и промежуточные сегменты пути. Конечный сегмент не учитывается.

Сети Ethernet максимальной длины

Методы решения проблем Ethernet
Уменьшение длины кабелей для сокращения PDV;
Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV и ΔIPG;
Выбор кабеля с наименьшей задержкой для сокращения PDV (разница задержек достигает 10%);
Разбиение сети на две части или более с помощью коммутаторов или мостов;
Использование полнодуплексного обмена;
Переход на другую локальную сеть, например, FDDI (требуются мосты).

Путь максимальной длины
Fast Ethernet

Расчёт PDV для Fast Ethernet
PDV = Ʃ PDVA + Ʃ PDVК + Ʃ PDVС ≤ 512 BT (508 BT)

Сети Fast Ethernet
максимальной длины

Методы решения проблем
Fast Ethernet
Уменьшение длины кабелей для сокращения PDV;
Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV;
Выбор кабеля с наименьшей задержкой для сокращения PDV (разница задержек достигает 10%);
Разбиение сети на две части или более с помощью коммутаторов или мостов;
Использование полнодуплексного обмена;
Переход на другую локальную сеть, например, FDDI (требуются мосты).

Полнодуплексный режим обмена
Пропускная способность сети вдвое больше (200 Мбит/с вместо 100 Мбит/с, 20 Мбит/с вместо 10 Мбит/с);
Отсутствие коллизий в сети (независимость двух каналов связи);
Нет необходимости в методе управления обменом в сети;
Гарантированная величина времени доступа — не более интервала IPG;
Нет ограничения на длину сети, связанного с PDV, остаётся только ограничение из-за затухания сигнала;
Совместимость с полудуплексным режимом — автоматическая (Auto-Negotiation);
Требуется более сложная и дорогая аппаратура.