Carrier-sense 다중 액세스와 충돌 감지

Carrier-sense multiple access with collision detection

Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD; 캐리어 감지 다중 액세스와 충돌 검출)은 초기 이더넷테크놀로지에서 로컬지역 네트워킹에 가장 많이 사용된 Media Access Control(MAC; 미디어 액세스컨트롤) 방식입니다.캐리어 감지를 사용하여 다른 스테이션이 전송하지 않을 때까지 전송을 지연합니다.이것은, 송신 스테이션이 프레임을 송신하고 있을 때에 다른 스테이션으로부터의 송신을 검지하는 것으로써, 콜리젼을 검출하는 콜리젼 검출과 조합해 사용됩니다.이 충돌 조건이 검출되면 스테이션은 프레임 전송을 중지하고 잼 신호를 전송한 후 랜덤 시간 간격을 기다렸다가 [1]프레임을 재발송합니다.

CSMA/CD는 Pure Carrier-Sense Multiple Access(CSMA; 순수 캐리어 감지 다중 액세스)의 변경입니다.CSMA/CD는 충돌이 검출되면 즉시 전송을 종료함으로써 CSMA의 성능을 향상시키고 재시도를 시도할 수 있는 시간을 단축합니다.

1990년대에 이더넷스위치의 인기가 높아짐에 따라 [2]IEEE 802.3은 2011년에 이더넷리피터를 폐지하여 CSMA/CD 및 반이중 동작의 일반성과 중요성이 낮아졌습니다.

절차.

검출된 충돌을 해결하기 위해 사용되는 재발송 로직을 포함한 CSMA/CD의 단순화된 알고리즘.

다음의 순서에 따라서, 송신을 개시합니다.프레임이 정상적으로 전송되거나 [3]: 33 전송 중에 충돌이 감지되면 절차가 완료됩니다.

  1. 프레임 전송 준비가 되었습니까?그렇지 않으면 프레임을 기다립니다.
  2. 미디엄 아이돌?준비되지 않은 경우 [note 1]준비될 때까지 기다립니다.
  3. 전송을 시작하고 전송 중 충돌을 모니터링합니다.
  4. 충돌이 발생했습니까?그렇다면 충돌 감지 절차로 이동하십시오.
  5. 재발송신 카운터를 리셋 해, 프레임 송신을 완료합니다.

검출된 충돌을 해결하려면 다음 절차를 사용합니다.이 순서는, 재발송신이 개시되었을 때, 또는 다수의 콜리젼에 의해 재발송신이 중단되었을 때에 완료됩니다.

  1. 모든 리시버가 충돌을 검출할 수 있도록 최소 패킷 시간에 도달할 때까지 (프레임 헤더/데이터/CRC 대신 잼 신호를 사용하여) 전송을 계속합니다.
  2. 재발송신 카운터를 늘립니다.
  3. 최대 전송 시도 횟수에 도달했습니까?이 경우 전송을 중단합니다.
  4. 충돌 횟수를 기준으로 랜덤 백오프 기간을 계산하고 기다립니다.
  5. 1단계에서 주요 절차를 다시 입력합니다.

충돌 검출 방법은 미디어에 따라 다릅니다.10BASE5 또는 10BASE2 등의 공유 전기버스에서는 송신 데이터와 수신 데이터를 비교하거나 [4][5]버스상에서 통상보다 높은 신호 진폭을 인식함으로써 충돌을 검출할 수 있습니다.그 외의 모든 미디어에서는, 송신중에 수신 채널로 검출된 캐리어가 충돌 이벤트를 [6]트리거 합니다.리피터나 허브는 스스로 충돌을 검출해, 방해 신호를 [7][8]전파합니다.

충돌 복구 절차는 모든 손님들이 공통의 매체(공기)를 통해 서로 대화하는 디너 파티에서 일어나는 일에 비유할 수 있다.말하기 전에, 각 게스트는 현재 연설자가 끝나기를 정중하게 기다립니다.2명의 게스트가 동시에 말하기 시작하면, 양쪽 모두 정지해, 짧은 랜덤한 시간(이더넷에서는 이 시간은 마이크로초 단위로 측정됩니다)을 기다립니다.희망은 각각의 임의의 기간을 선택함으로써 두 게스트가 같은 시간을 선택하여 다시 말하려고 하지 않기 때문에 또 다른 충돌을 피할 수 있다는 것입니다.

걸림 신호

방해 신호 또는 방해 신호는 데이터 스테이션이 다른 스테이션에 충돌을 [9]통지하기 위해 전송한 32비트 이진 패턴을 전송하는 신호입니다.

최대 걸림 시간은 다음과 같이 계산됩니다.이더넷 설치의 최대 허용 직경은 232비트로 제한됩니다.이것에 의해, 라운드 트립 시간은 464 비트가 됩니다.이더넷의 슬롯 시간은 512비트이므로 슬롯 시간과 라운드 트립 시간의 차이는 48비트(6바이트)로 최대 잼 타임입니다.

그 결과, 다음과 같이 됩니다.충돌이 발생한 것을 주목하는 스테이션은 16개의 1~0비트 조합으로 구성된 4~6바이트 길이의 패턴을 송신하고 있습니다.주의: 이 걸림 신호의 크기는 최소 허용 프레임 크기인 64바이트를 분명히 초과합니다.

이 기능의 목적은 현재 프레임을 수신하고 있는 다른 노드가 올바른 32비트 MAC CRC 대신 잼 신호를 수신하도록 하는 것입니다.이것에 의해, 다른 리시버는 CRC 에러에 의해서 프레임을 폐기합니다.

레이트 콜리젼

레이트 콜리전은 해당 프로토콜 표준에서 허용하는 것보다 더 깊은 패킷 내에서 발생하는 콜리전의 일종입니다.10 메가비트 공유 미디어 이더넷에서는, 송신 [10]스테이션으로부터 최초의 512 비트의 데이터가 송신된 후에 콜리젼 에러가 발생했을 경우, 레이트 콜리전이 발생한 것으로 간주됩니다.중요한 것은 첫 번째 64 옥텟 이전에 발생하는 충돌과 달리 레이트 충돌은 NIC에 의해 재전송되지 않으며 프로토콜 스택의 상위 계층에 남아 데이터가 손실되었음을 판단합니다.

올바르게 설정된 CSMA/CD 네트워크 링크에는 레이트콜리전이 발생하지 않도록 하기 위해 일반적으로 생각할 수 있는 원인은 전이중/반이중 불일치, 이더넷케이블 길이 제한 초과, 잘못된 케이블 연결, 네트워크 내의 허브 수 미준수, NIC 불량 등 하드웨어 결함입니다.

국지적 충돌

로컬 콜리전은 회선이 아닌 NIC에서 발생하는 콜리젼입니다.NIC는 정보를 전송하지 않으면 로컬 충돌을 검출할 수 없습니다.

UTP 케이블에서는 스테이션이 TX 쌍으로 송신과 동시에 RX 쌍으로 신호를 검출했을 경우에만 로컬세그먼트상에서 로컬콜리전이 검출됩니다2개의 신호가 서로 다른 쌍에 있기 때문에 신호의 특징적인 변화는 없습니다.콜리전이 인식되는 것은 스테이션이 반이중으로 동작하고 있는 경우 뿐입니다.이 점에서 반이중 동작과 전이중 동작의 유일한 기능적인 차이는, 송수신 페어의 동시 사용이 허가되고 있는지 여부입니다.

채널 캡처 효과

채널 캡처 효과는 공유 매체의 한 사용자가 상당 시간 동안 매체를 "캡처"하는 현상입니다.이 기간(통상은 16 프레임)[clarification needed] 동안 다른 사용자는 미디어를 사용할 수 없습니다.이 효과는 이더넷 상에서 CSMA/CD를 사용하는 네트워크에서 처음 나타났습니다.이 영향으로 데이터 집약도가 가장 높은 접속이 멀티 액세스 무선 [11]채널을 지배합니다.이는 노드가 링크에서 "오프"하여 재액세스를 시도하기 때문에 이더넷링크에서 발생합니다.이더넷 프로토콜에서는 통신 충돌이 발생하면(미디어의 두 사용자가 동시에 전송을 시도할 때), 각 사용자는 링크에 다시 액세스하기 전에 랜덤한 시간 동안 기다립니다.단, 사용자는 링크에 대한 접근을 연속적으로 시도한 횟수에 비례하여 임의의 시간 동안 대기("백오프")합니다.채널 캡처 효과는 한 사용자가 링크를 계속 '수상'할 때 발생합니다.

예를 들어 사용자 A와 사용자 B는 동시에 무음 링크에 접속하려고 합니다.유저 A는 충돌을 검출하기 때문에, 유저 B도 0 ~1 의 시간 단위로 랜덤하게 대기합니다.사용자 A가 더 낮은 백오프 시간을 선택했다고 가정합니다.그 후 사용자 A는 링크를 사용하기 시작하고 B는 링크의 프레임 송신을 종료합니다.유저 A 가 아직 송신할 필요가 있는 경우는, 유저 A 와 유저 B 가 다른 데이터 충돌을 일으킵니다.A는 다시 0과 1 사이의 랜덤백오프 시간을 선택하지만 B는 연속 두 번째 충돌이기 때문에 0과 3 사이의 백오프 시간을 선택합니다.A가 이번에도 '승리'할 가능성이 높습니다.이 상태가 계속되면 A가 모든 충돌 배틀에서 승리할 가능성이 높으며, 16번의 충돌(사용자가 장기간 물러날 때까지의 시도 횟수)이 경과하면 사용자 A가 채널을 "캡처"하게 됩니다.

노드 수가 증가함에 따라 하나의 노드가 미디어 전체를 캡처할 수 있는 능력이 감소합니다.이는 노드 수가 증가함에 따라 "기타" 노드 중 하나가 캡처 노드보다 백오프 시간이 더 짧을 가능성이 높기 때문입니다.

채널 캡처 효과는 다른 스테이션이 지속적으로 백오프하는 동안 한 스테이션이 송신을 할 수 있는 상황을 만들어내기 때문에 단기적으로 불공평한 상황을 초래합니다.그러나 모든 스테이션은 한 스테이션의 전송이 완료되면 미디어를 "포착"할 수 있는 기회가 있기 때문에 상황은 장기적으로 공평합니다.1개의 노드가 채널을 캡처하면 채널의 효율이 높아집니다.

캡처 효과의 부정적인 부작용은 스테이션의 백오프로 인해 생성되는 유휴 시간입니다.1개의 스테이션이 미디어로 송신을 종료하면, 다른 모든 스테이션이 연속적으로 백오프하고 있었기 때문에 아이돌 시간이 길어집니다.경우에 따라서는 백오프가 너무 오래 지속되어 최대 시행 제한에 도달했기 때문에 일부 스테이션은 실제로 패킷을 폐기할 수 있습니다.

적용들

CSMA/CD는 현재는 사용되지 않는 공유 미디어 이더넷바리안트(10BASE5, 10BASE2) 및 리피터 허브를 사용한 트위스트 페어 이더넷의 초기 버전에서 사용되었습니다.스위치와 전이중 접속으로 구축된 최신 이더넷네트워크에서는 각 이더넷세그먼트(콜리전 도메인)가 분리되어 있기 때문에 CSMA/CD를 사용할 필요가 없습니다.CSMA/CD는 하위 호환성 및 반이중 접속에서도 지원됩니다.IEEE 802.3 규격(모든 이더넷 베리에이션을 정의)에서는 802.3-2008까지 역사적 이유로 "Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications"라는 타이틀을 계속 사용하고 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 이더넷에서는 스테이션은 96비트 프레임 간 갭 기간을 추가로 대기해야 합니다.

레퍼런스

  1. ^ "Carrier Sense Multiple Access Collision Detect (CSMA/CD) Explained". learn-networking.com. January 29, 2008. Retrieved 2011-07-29.
  2. ^ IEEE 802.3-2012 조항 9, 27, 41
  3. ^ Heinz-Gerd Hegering; Alfred Lapple (1993). Ethernet: Building a Communications Infrastructure. Addison-Wesley. ISBN 0-201-62405-2.
  4. ^ IEEE 802.3 8.3.1.5 충돌 검출 임계값
  5. ^ IEEE 802.3 10.4.1.5 충돌 검출 임계값
  6. ^ IEEE 802.3 14.2.1.4 콜리전 존재 기능 요건(반이중 모드만)
  7. ^ IEEE 802.3 9.5.6 충돌 처리
  8. ^ IEEE 802.3 27.3.1.4 충돌 처리 기능 요건
  9. ^ Forouzan, Behrouz A. (2010). TCP/IP protocol suite (4th ed.). Boston: McGraw-Hill Higher Education. p. 54. ISBN 978-0073376042.
  10. ^ IEEE 802.3-2008 섹션 1, IEEE 섹션 5.2.2.1.10
  11. ^ Kopparty, S; Krishnamurthy, S. V.; Faloutsos, M.; Tripathi, S. K. (1998). "Split TCP for Mobile Ad Hoc Networks" (PDF). Global Telecommunications Conference, 2002. GLOBECOM '02. IEEE. Vol. 1. pp. 138–142. doi:10.1109/GLOCOM.2002.1188057. ISBN 0-7803-7632-3. S2CID 18426.