Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий ( CSMA / CA ) в компьютерных сетях - это метод множественного доступа к сети, в котором используется определение несущей , но узлы пытаются избежать коллизий, начиная передачу только после того, как канал определен как "свободный" . [1] [2] Когда они передают, узлы передают свои пакетные данные целиком.
Это особенно важно для беспроводных сетей, где обнаружение конфликтов альтернативного CSMA / CD невозможно из-за того, что беспроводные передатчики снижают чувствительность своих приемников во время передачи пакетов.
CSMA / CA ненадежен из-за проблемы со скрытым узлом . [3] [4]
CSMA / CA - это протокол, который работает на канальном уровне (уровень 2) модели OSI .
Подробности
Предотвращение коллизий используется для повышения производительности метода CSMA путем попытки разделить канал в некоторой степени поровну между всеми передающими узлами в области коллизий.
- Контроль несущей : перед передачей узел сначала прослушивает совместно используемую среду (например, прослушивает беспроводные сигналы в беспроводной сети), чтобы определить, передает ли другой узел или нет. Обратите внимание, что проблема скрытого узла означает, что передача может осуществляться другим узлом, который на данном этапе остается незамеченным.
- Предотвращение коллизий : если был услышан другой узел, мы ждем в течение некоторого времени (обычно случайного), пока узел прекратит передачу, прежде чем снова прослушивать свободный канал связи.
- Запрос на отправку / разрешение на отправку (RTS / CTS) может дополнительно использоваться на этом этапе для обеспечения доступа к совместно используемой среде. Это в некоторой степени облегчает проблему скрытых узлов, потому что, например, в беспроводной сети точка доступа выдает разрешение на отправку только одному узлу за раз. Однако реализации беспроводного стандарта 802.11 обычно не реализуют RTS / CTS для всех передач; они могут полностью отключить его или, по крайней мере, не использовать его для небольших пакетов (накладные расходы RTS, CTS и передачи слишком велики для небольших передач данных).
- Передача : если носитель был идентифицирован как чистый или узел получил CTS, чтобы явно указать, что он может отправлять, он отправляет фрейм полностью. В отличие от CSMA / CD , беспроводному узлу очень сложно слушать одновременно с передачей (его передача затмевает любую попытку прослушивания). Продолжая пример беспроводной связи, узел ожидает получения пакета подтверждения от точки доступа, чтобы указать, что пакет был получен и контрольная сумма была правильно подсчитана. Если такое подтверждение не поступает своевременно, предполагается, что пакет столкнулся с какой-либо другой передачей, в результате чего узел входит в период двоичного экспоненциального отката перед попыткой повторной передачи.
Хотя CSMA / CA использовался во множестве систем проводной связи, он особенно полезен в беспроводной LAN из-за общей проблемы, заключающейся в том, что несколько станций могут видеть точку доступа, но не друг друга. Это происходит из-за различий в мощности передачи и чувствительности приема, а также из-за расстояния и местоположения относительно точки доступа. [5] Это приведет к тому, что радиостанция не сможет «слышать» трансляцию другой радиостанции. Это так называемая проблема « скрытого узла » или «скрытой станции». Устройства, использующие стандарты на основе 802.11, могут пользоваться преимуществами предотвращения конфликтов (квитирование RTS / CTS, а также функция координации точек ), хотя по умолчанию они этого не делают. По умолчанию они используют механизм определения несущей, называемый «экспоненциальной задержкой» или ( распределенная функция координации ), который полагается на попытку станции «прослушать» трансляцию другой станции перед отправкой. CA или PCF полагается на то, что AP (или «получатель» для специальных сетей) предоставляет станции исключительное право на передачу в течение заданного периода времени после ее запроса (запрос на отправку / разрешение на отправку). [6]
CSMA-CA требует определения того, является ли канал «свободным», даже если используются несовместимые стандарты и перекрывающиеся частоты передачи. Согласно стандартам, для передатчиков 802.11 / Wi-Fi на одном и том же канале передатчики должны по очереди передавать, если они могут обнаруживать друг друга даже на 3 дБ выше минимального уровня шума ( минимальный уровень теплового шума составляет около -101 дБмВт для каналов 20 МГц) . [7] С другой стороны, передатчики будут игнорировать передатчики с несовместимыми стандартами или на перекрывающихся каналах, если уровень принимаемого от них сигнала ниже порогового значения P th, которое для систем без Wi-Fi 6 составляет от -76 до -80 дБмВт. . [8]
Обмен IEEE 802.11 RTS / CTS
CSMA / CA необязательно может быть дополнено обменом Запрос на передачу пакета (RTS) , посланное отправителем S, и сигнал готовности к передаче (CTS) , пакет , посланный предполагаемый приемник R. Таким образом , предупреждая все узлы в пределах диапазона от отправителя , приемник или оба, чтобы не передавать в течение основной передачи. Это известно как обмен IEEE 802.11 RTS / CTS . Внедрение RTS / CTS помогает частично решить проблему скрытых узлов, которая часто встречается в беспроводных сетях. [9] [10]
Представление
Производительность CSMA / CA в значительной степени основана на методе модуляции, используемой для передачи данных между узлами. Исследования показывают, что в идеальных условиях распространения (моделирование) расширенный спектр с прямой последовательностью (DSSS) обеспечивает наивысшую пропускную способность для всех узлов в сети при использовании вместе с CSMA / CA и обменом IEEE 802.11 RTS / CTS в условиях небольшой сетевой нагрузки. . Расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) далеко позади DSSS в отношении пропускной способности с большей пропускной способностью, когда нагрузка на сеть становится значительно выше. Однако в реальных условиях пропускная способность, как правило, одинакова из-за факторов распространения радиоволн. [4]
Применение
- GNET - ранний проприетарный протокол LAN
- LocalTalk от Apple реализовал CSMA / CA на электрической шине с использованием трехбайтового сигнала помех.
- 802.11 RTS / CTS реализует виртуальное определение несущей с использованием короткого запроса на отправку и очистки для отправки сообщений для WLAN ( хотя 802.11 в основном полагается на физическое определение несущей ).
- IEEE 802.15.4 (Wireless PAN) использует CSMA / CA
- NCR WaveLAN - ранний проприетарный протокол беспроводной сети
- HomePNA
- Автобусные сети
- Стандарт ITU-T G.hn , который обеспечивает способ создания высокоскоростной (до 1 Гбит / с) локальной сети с использованием существующей домашней проводки ( линии электропередач , телефонные линии и коаксиальные кабели ), использует CSMA / CA в качестве метод доступа к каналу для потоков, не требующих гарантированного качества обслуживания , в частности вариант CSMA / CARP .
Смотрите также
- Множественный доступ с контролем оператора связи
- Множественный доступ с контролем оператора связи и обнаружением коллизий
- CSMA / CARP
- IEEE 802.11 RTS / CTS
- Вектор распределения сети
- Усеченная двоичная экспоненциальная отсрочка
Рекомендации
- ^ "Федеральный стандарт 1037C" . Its.bldrdoc.gov . Проверено 9 сентября 2012 .
- ^ «Американский национальный стандарт T1.523-2001, Telecom Glossary 2000» . Atis.org. Архивировано из оригинала на 2008-03-02 . Проверено 9 сентября 2012 .
- ^ «Исследование различных реализаций CSMA / CA на базе IEEE 802.11, Политехнический университет Каталонии» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 06 марта 2012 года . Проверено 9 сентября 2012 .
- ^ а б Вирал В. Кападиа; Сударшан Н. Патель; Рутвидж Х. Джавери (2010). «Сравнительное исследование проблемы скрытых узлов и их решения с использованием различных методов и протоколов, Журнал вычислительной техники». arXiv : 1003.4070 [ cs.NI ].
- ^ Кайсинь Сюй; Марио Герла; Пел Бэ. «Насколько эффективно квитирование IEEE 802.11 RTS / CTS в специальных сетях?» (PDF) . UCLA . Проверено 28 сентября 2012 года .
- ^ Парк, Кихонг. «Беспроводные лекции» (PDF) . Purdue . Проверено 28 сентября 2012 года .
- ^ https://www.networkcomputing.com/wireless-infrastructure/channel-bonding-wifi-and-radio-frequency-physics
- ^ Эффект интерференции соседнего канала в IEEE 802.11 WLAN - Эдуард Гарсия Виллегас; Елена Лопес-Агилера; Рафаэль Видаль; Хосеп Параделлс (2007)
- ^ Комер, Дуглас. (2009). Компьютерные сети и Интернет. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Education Inc. ISBN 0-13-504583-5 .
- ^ "Лекция Массачусетского технологического института - Разработка систем связи. Доктор Эйтан Модиано" (PDF) . Проверено 9 сентября 2012 .
- Компьютерные сети: системный подход. Петерсон и Дэви. Морган Кауфманн , Берлингтон, Массачусетс, США. ISBN 978-0-12-385138-3 . pp128–139
Внешние ссылки
- CSMA / CA RTS / CTS Моделирование