4. Расчет усеченной двоичной экспоненциальной отсрочки

Для передачи данных по локальной сети Ethernet используют алгоритм Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD).

Процедура доступа к среде передачи процедура CSMA/CD построена на двух основных принципах:

- контроль несущего сигнала (Carrier Sense);

- обнаружение коллизий (Collision Detect).

Коллизия (collision) – искажение передаваемых данных в сети Ethernet, которое возникает при одновременной передаче несколькими рабочими станциями.

При обнаружении коллизии рабочая станция прекращает передачу кадра данных и начинает передавать специальный сигнал «Jam», для того, чтобы указать получателю на возникновение коллизии. Сигнал Jam представляет собой специальную кодовую посылку, которая состоит из 32 бит. После передачи сигнала Jam система выдерживает паузу до новой попытки передать данные. Продолжительность этой паузы называется периодом задержки (backoff period), и обе системы, вовлеченные в коллизию, рассчитывают его самостоятельно по алгоритму усеченной двоичной экспоненциальной задержки (truncated binary exponential backoff) с использованием генератора случайных чисел. Случайным образом период вычисляется для того, чтобы у двух систем он не совпал, и они не начали передачу одновременно, породив новую коллизию.

Процедура действия CSMA/CD такова, что, чем больше систем подключено к сети и чем больше они передают данных, тем больше происходит коллизий. Коллизии — нормальная часть работы сети Ethernet, но это не значит, что они ей не мешают. Коллизии приводят к задержкам в передаче данных, так как некоторые кадры системам приходится посылать повторно.

Наиболее неблагоприятной с точки зрения возникновения коллизии является ситуация, когда одна станция уже завершила передачу кадра, но переданный кадр из-за задержки распространения сигнала в линии ещё не дошел до другой станции, которая тоже начинает выполнять передачу своего кадра. Для того чтобы избежать возникновения подобных ситуаций, все станции должны быть размещены внутри так называемого коллизионного домена (collision domain).

Коллизионный домен - виртуальная область в пределах сегмента локальной сети. Задержка распространения сигнала между любыми двумя станциями, которые принадлежат данной области, не должна превышать установленного значения - диаметра коллизионного домена.

Значение диаметра коллизионного домена обычно определяется в единицах времени и соответствует удвоенному времени передачи кадра минимальной длины для данного типа сети Ethernet. Диаметр коллизионного домена для сетей приведен ниже:

D = 2*< минимальная длина кадра>*0.1 мкс = 51.2 мкс

Задержка распространения — время передачи временного сегмента, так называемого Timeslot, равного 512 битам для скоростей до 100 Мбит/с и 4096 битам для скорости 1000 Гбит/с, в течение которого может произойти коллизия. Определяется скоростью прохождения сигнала по проводу и скоростью передачи. Для Ethernet 10 Мбит/с задержка распространения составляет 51.2 мкс, для Fast Ethernet 100 Мбит/с — 5.12 мкс. Большая часть сетевого оборудования контролирует возникновение коллизий при передаче только в течение задержки распространения.

При первой коллизии в сеть посылается Jam сигнал, который запрещает всем рабочим станциям посылку данных. Далее на первую попытку рабочие станции осуществляют передачу через 0 или 51.2 мкс, если опять произошла коллизия, то через 0 или 51.2 или 102.4 мкс. И так далее, то есть через некоторое количество попыток получится, что вероятность коллизии будет почти нуль.