что такое csma ca в сети

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance

драйверы сетевых карт

драйверы сетевых карт

Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance или Carrier sensing multiple access with collision avoidance (если как в тексте рекомендации ITU-R M.1450)(CSMA/CA, «множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий» или «многостанционный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов» (перевод в русском тексте рекомендации ITU-R M.1450)) — это сетевой протокол, в котором:

CSMA/CA — это модификация чистого Carrier Sense Multiple Access (CSMA). В статье, посвящённой этому протоколу, содержится подробное его описание.

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» — предотвращение коллизий (именно пакетов данных).

Избегание коллизий используется для того, чтобы улучшить производительность CSMA, отдав сеть единственному передающему устройству. Эта функция возлагается на «jamming signal» в CSMA/CA. Улучшение производительности достигается за счёт снижения вероятности коллизий и повторных попыток передачи. Но ожидание jam signal создаёт дополнительные задержки, поэтому другие методики позволяют достичь лучших результатов. Избегание коллизий полезно на практике в тех ситуациях, когда своевременное обнаружение коллизии невозможно — например, при использовании радиопередатчиков.

Этот метод доступа используется в группе стандартов беспроводной связи 802.11, а также в похожем стандарте беспроводной связи (только разработанным в Европе) HiperLAN\2.

Источник

notebook_jr_adm

IT школота

В компьютерной сети данные движутся как будто непрерывно и одновременно от одного узла к другому. При этом, однако, только один узел может получить доступ к сетевой среде передачи в любой данный момент времени. Впечатление одновременного доступа узлов создается за счет того, что они поочередно пользуются сетевой средой передачи в течение очень коротких отрезков времени. Если бы два узла передали данные по сетевой среде передачи одновременно, эти данные столкнулись бы в среде и оказались уничтожены. Если сотни компьютеров используют одну сетевую среду передачи, методы управления доступом к сетевой среде передачи становятся принципиально важными, чтобы данные правильно передавались в точки назначения.

CSMA/CD — это метод доступа к сетевой среде передачи в сетях Ethernet. Он обеспечивает быстрый способ передачи данных и разрешения конфликтов в сети, но так как может происходить одновременная передача данных и конфликты, его эффективность падает по мере добавления узлов к определенному сегменту сетевой среды передачи.

Этот метод доступа используется в группе стандартов беспроводной связи 802.11, а также в похожем стандарте беспроводной связи (только разработанным в Европе) HiperLAN\2.

если подключение узлов к сети неустойчивое или если узел не всегда знает о всех других узлах, подключенных к данной сетевой среде передачи. Поэтому метод CSMA/CA прекрасно подходит для беспроводных сетей и принят в качестве метода управления доступом к сетевой среде передачи в группе стандартов беспроводных сетей 802.11. Метод избежания конфликтов CSMA/CA в целом более медленный, чем CSMA/CD.

CSMA/CD и CSMA/CA считаются методами управления доступом к сетевой среде передачи на основе состязания, поскольку узлы сети пытаются одновременно получить доступ к носителю или «состязаются» за него. Передачу маркера называют детерминированным методом, то есть позволяющим определить («детерминировать») объем времени, затрачиваемого на передачу данных и ее подтверждение, за счет упорядочения доступа узлов к сетевой среде передачи.

Источник

CSMA/CA

Из Википедии — свободной энциклопедии

Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance или Carrier sensing multiple access with collision avoidance (если как в тексте рекомендации ITU-R M.1450)(CSMA/CA, «множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий» или «многостанционный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов» (перевод в русском тексте рекомендации ITU-R M.1450)) — это сетевой протокол, в котором:

CSMA/CA — это модификация чистого Carrier Sense Multiple Access (CSMA). В статье, посвящённой этому протоколу, содержится подробное его описание.

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» — предотвращение коллизий (именно пакетов данных).

Избегание коллизий используется для того, чтобы улучшить производительность CSMA, отдав сеть единственному передающему устройству. Эта функция возлагается на «jamming signal» в CSMA/CA. Улучшение производительности достигается за счёт снижения вероятности коллизий и повторных попыток передачи. Но ожидание jam signal создаёт дополнительные задержки, поэтому другие методики позволяют достичь лучших результатов. Избегание коллизий полезно на практике в тех ситуациях, когда своевременное обнаружение коллизии невозможно — например, при использовании радиопередатчиков.

Этот метод доступа используется в группе стандартов беспроводной связи 802.11, а также в похожем стандарте беспроводной связи (только разработанным в Европе) HiperLAN\2 (англ.).

Источник

Wi-Fi — управление доступом к разделяемой среде

В статье «Что такое Wi-Fi» мы начали рассматривать wi-fi. Сейчас это самая популярная технология для передачи данных в беспроводных компьютерных сетях. Мы рассмотрели, как устроен физический уровень wi-fi, есть шесть разных вариантов, они описаны в стандартах IEEE 802.11. Сейчас мы переходим к рассмотрению канального уровня wi-fi, который работает одинаково, независимо от того какой стандарт физического уровня используются.

В этой статье мы рассмотрим, как с помощью wi-fi выполняются управление доступом к разделяемой среде. Радио эфир через который передаются данные wi-fi, является разделяемой средой. И если два или больше компьютеров начнут передавать данные одновременно, то возникнет коллизия. В результате данные будут искажены и принять их невозможно. Таким образом, нам необходим какой-то механизм, который бы обеспечивал что в один и тот же момент времени, данные через разделяемую среду в wi-fi, передает только один компьютер.

Особенности беспроводной среды

Подобный механизм есть в технологии Ethernet, но в чистом виде его использовать нельзя, так как в Ethernet для передачи данных используются провода, а в wi-fi радиоэфир.

Проблема “скрытой” станции

В чем заключается проблема скрытой станции? Предположим, что у нас есть три компьютера, компьютер А, компьютер С, хотят передавать данные компьютеру В.

Кругами (синий и зеленый круги) показаны области действия передатчиков. Сигнал от компьютера А доходит до компьютера В, но не доходит до компьютер С. В Wi-fi точно также как и в Ethernet, компьютеры перед тем как передавать данные, проверяют несущую частоту и смотрят не передает ли кто-то еще данные. И если среда свободна, только в этом случае происходит передача.

Но так как wi-fi зона действия передатчика существенно ограничена, то может произойти следующая ситуация. Компьютер А хочет передать данные компьютеру В, он проверил, что никто данные не передает и начал передавать данные.

В то же самое время, компьютер С тоже решил передать данные компьютеру В, но компьютер С находится за зоной действия передатчика от компьютера А. Поэтому там, где находится компьютер С, беспроводная среда свободна и он решил, что передавать данные можно.

Однако когда эти данные дошли до компьютера В, они столкнулись с теми данными, которые передавал компьютер А, произошла коллизия и компьютер В не может принять данные, не от одного компьютера.

Проблема “засвеченной” станции

Проблема засвеченной станции, наоборот, приводит к тому, что компьютер не передает данные, хотя может это сделать. Предположим, что у нас есть четыре компьютера, компьютер В хочет передавать данные компьютеру А, а компьютер С хочет передавать данные компьютеру D.

Компьютер D находится вне зоны действия передатчика компьютера B, поэтому компьютер C может смело передавать данные компьютеру D, однако сам компьютер C находится в зоне действия передатчика компьютера B, поэтому он считает, что среда занята и ждет когда компьютер B закончит передачу.

Подтверждение получения данных

Так как в беспроводной среде ошибки происходят гораздо чаще, чем в проводной, то в wi-fi на канальном уровне используется подтверждение получения передаваемых данных. Предположим, что компьютер А решил передать данные компьютеру В по wi-fi. Компьютер А формирует кадр и передает его компьютеру В. Компьютер В получает кадр и передает компьютеру А подтверждение, что предыдущий кадр получен можно передавать следующий.

Компьютера А приготовил следующий кадр и предположим, что нам не повезло и примерно в то же самое время компьютер С тоже решил передать данные компьютеру В. Они дошли до компьютеров одновременно, произошла коллизия данные не могут быть приняты.

Компьютер А при отправлении кадра установил таймер ожидания подтверждения, после того как время ожидания подтверждения вышло, тот же самый кадр, отправляется еще один раз.

Во второй раз все произошло хорошо компьютер В получил данные и высылает подтверждение компьютеру А, после этого компьютер А может передавать следующий кадр.

Обнаружение коллизий

Рассмотрим, как в wi-fi происходит обнаружение коллизий, но перед этим вспомним как коллизии обнаруживаются в Ethernet. Для того чтобы обнаружить коллизию в Ethernet компьютер передает данные и принимает их одновременно. Он сравнивает тот сигнал который он передает с тем, который принимает, и если сигнал отличается значит произошла коллизия. В этом случае передача данных сразу прекращается и компьютер, который обнаружил коллизию усугубляет ее передавая всем так называемую Jam-последовательность для того чтобы все компьютеры в сети точно поняли, что произошла коллизия.

В Wi-fi такой подход использовать нельзя. Сигнал, который мы передаем имеет гораздо большую мощность, чем тот сигнал, который мы принимаем. Кроме того, сигнал о коллизии может не дойти до всех компьютеров в сети. Например, из-за проблем скрытой и засвеченной станции.

Коллизии в Wi-Fi

Поэтому в wi-fi используется другой подход, коллизии обнаруживаются по отсутствию подтверждения. Получается, что в Ethernet, коллизия обходится очень дешево, они обнаруживаются почти сразу после возникновения, и при этом компьютеры сразу останавливают передачу данных.

В Wi-fi напротив, коллизии очень дорогие. Для того чтобы обнаружить коллизию требуется гораздо больше времени. Необходимо передать кадр полностью и дождаться тайм-аута получении подтверждения.

Метод доступа к среде

Поэтому в wi-fi используется немного измененный метод доступа к среде по сравнению с тем который использовался в Ethernet. В Ethernet использовался метод CSMA/CD множественный доступ с прослушиванием несущей частоты, и распознаванием коллизий. А в wi-fi, так как коллизии обходится очень дорого, используется метод с предотвращением коллизий collision avoidance (CA).

Модель CSMA/CA

Рассмотрим, как устроен метод CSMA/CA. Точно также, как и Ethernet перед тем, как начать передавать данные, компьютеры Wi-Fi прослушивают несущую частоту и смотрят передает кто-то данные сейчас или нет.

Если кто-то передает данные, происходит передача кадра, то все остальные компьютеры ждут, когда передача кадра закончится. В отличии от Ethernet в wi-fi после передачи кадра идет передача подтверждения. После этого все компьютеры, которые хотят передавать данные, должны выдержать межкадровый интервал. В

Wi-fi есть два типа межкадровых интервалов, обычный и короткий межкадровый интервал. Компьютер, который хочет отправить данные, должен выдержать обычный межкадровый интервал, а компьютер которому нужно отправить подтверждение или какой-нибудь другой служебный кадр, ждет в течении короткого межкадрового интервала. Именно за счет этого получается, что подтверждение отправляются быстрее, чем другие кадры.

В Ethernet, после того как межкадровый интервал завершён, начинается период конкуренции. Компьютеры начинают передавать данные, если произошла коллизия, они тут же обнаруживаются, и ждут некоторое время.Но в wi-fi, так как коллизии обходятся очень дорого, вместо периода конкуренции используется период молчания. Компьютеры вместо того чтобы как можно быстрее начать передачу данных, наоборот стараются пропустить друг друга вперед, чтобы избежать коллизии.

Каждый компьютер выбирает разное время для периода молчания. Случайным образом генерируется некоторое число, так называемых слотов ожидания. Слот ожидания это промежуток времени в течение которого компьютер ждет, длина слота ожидания разное для различных стандартов физического уровня Wi-fi. Количество слотов ожиданий выбирается компьютерами случайным образом. Первым начинает передавать данные тот компьютер, который выбрал меньше всего слотов ожидания.

Протокол MACA

CSMA/CA это основной метод доступа к разделяемой среде, который используются в wi-fi. На практике, он работает почти всегда, но теоретически он не решает проблему скрытой и засвеченной станции. Поэтому в wi-fi можно использовать другой метод доступа к среде, который называется (MACA) Multiple Access with Collision Avoidance. Однако этот метод доступа опциональный и используется очень редко. Достоинство метода заключается в том, что он позволяет решить проблему скрытой и засвеченной станций.

В чем состоит протокол MACA? Перед тем как передавать кадры с данными, компьютер должен отправить короткое управляющие сообщение, которое называется Request To Send (RTS). В этот запрос включается размер данных, который компьютер хочет передать и получатель в ответ, если он готов принимать данные, отправляет такое же короткое управляющие сообщение, которое называется сеть CTS (Clear To Send). И опять же в это сообщение включается размер данных, которые компьютер готов принять. Другие компьютеры, которые получили сообщение Clear To Send ждут когда закончится передача данных, они знают сколько времени потребуется на передачу данных, так как размер данных включен в сообщение CTS, и знают сколько времени нужно на передачу подтверждения.

Протокол MACA и скрытая станция

Теперь рассмотрим, как протокол MACA решает проблемы скрытой и засвеченной станции. Начнём с проблемы скрытой станций. Компьютер A перед тем как передать данные компьютеру B высылается сообщение RTS и говорит, что хочет передать 1500 байт. Компьютер B в ответ передает управляющее сообщение CTS и это сообщение получает не только компьютер А, но и компьютер С, который находятся вне зоны действия передатчика компьютера А.

Компьютер С понимает, что сейчас другой компьютер, сигнал от которого он не видит, будет передавать данные размером 1500 байт, поэтому он ждет когда передача закончиться.

В это время компьютер А может смело передавать данные компьютеру В и быть уверенным, что коллизии не произойдет.

Протокол MACA и засвеченная станция

Как решается проблема засвеченной станции? Компьютер В, и компьютер С передают сообщения RST, компьютер B компьютеру A, а компьютер C компьютеру D. Так как компьютер B находится вне зоны действия передатчика компьютера B, то он считает что среда свободна и передает компьютеру C сообщение Clear To Send.

Компьютер A также передает сообщение Clear To Send компьютеру B и после этого компьютер B и компьютер C могут передавать данные одновременно.

Итог

В статье рассмотрели, какие методы доступа к разделяемой среде используются для Wi-Fi. Метод доступа необходим для того, чтобы избегать коллизий. В один момент времени, через разделяемую среду, передавать данные должен только один компьютер. Так как в беспроводной среде часто возникают ошибки, то в wi-fi на канальном уровне используется подтверждение доставки кадра. Отсутствие подтверждения в wi-fi используется для обнаружения коллизии, поэтому коллизии wi-fi обходится очень дорого их надо избегать. Поэтому для доступа к сети используется не метод CSMA/CD, как в Ethernet, а метод CSMA/CA с избежанием коллизии. И для решения проблем скрытой и засвеченной станции в wi-fi опционально может использоваться протокол MACA.

Источник

О технологиях мультиплексирования для технологий беспроводной связи

Со времён появления первых сетей, остро стоял вопрос об одновременной работе нескольких устройств. И вот уже десятки лет идёт борьба с этой проблемой и основная задача — успеть за потребностями общества.
В статье предлагаю быстро пробежаться по основным используемым технологиям мультиплексирования. Если где соврал, поправьте.

Собственно, какие есть возможности для организации комфортной одновременной работы нескольких пользователей? Их всего две для проводных сетей: разнесение данных от разных устройств в пространстве и во времени.

Всё начиналось с проводных сетей стандарта 10Base2, где в качестве среды передачи данных использовалась общая медная шина — коаксиальный кабель. Вкратце затронем эту тему.
В тот момент, когда вещает одно из устройств, другое не может начать, потому что получится просто шум вместо данных, поскольку электрический сигнал распространяется вдоль всей длины проводника. В таких условиях пространственно особо не разнесёшь данные. Приходится по времени: сетевая карта ждёт тишины в сети. Если канал занят, то она пробует повторить через случайный промежуток времени. Как только тишина появляется, устройство начинает вещать. Это первый механизм мультиплексирования — CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.
Такая ситуация сохранилась и с появлением хабов, поскольку они по сути были теми же шинами. А вот, когда пришли на сетевой рынок свитчи, всё изменилось. Они делили сеть на несколько доменов коллизий — по сути каждое устройство находится в отдельном, что означало пространственное разнесение данных от разных устройств.

Иначе обстоят дела с беспроводными технологиями. Они гораздо более сложные и в плане разработки стандартов и в плане реализации. Здесь добавляется и межсекторная и междуканальная интерференция, и затухание сигнала, и более сложное обеспечение QoS и самое главное — одновременная работа десятков абонентов.
Каким же образом её можно обеспечить для беспроводных устройств? Здесь есть два подхода: разнесение по времени и разнесение по частотам.

TDMA — Time Division Multiple Access. Это одна из технологий, к использованию которой мы прибегаем ежедневно — на ней строится GSM. Здесь данные разносятся по времени. Для каждой абонентской станции выделяется определённое количество таймслотов с полным использованием выделенной ширины радиоканала. Эти таймслоты закрепляются за устройством до окончания сессии. Помните рассвет GSM, когда вы по 5-10 минут пытались набрать номер, а в ответ видели сообщение о том, что «сеть занята» и что звонок совершить невозможно? В этот момент на базовой станции не было свободных таймслотов для вас. В дальнейшем TDMA получил поддержку в GPRS, EDGE. Но его сложно назвать оптимальным и, едва ли, есть для него место в нашем беспроводном будущем.

Технология FDMA — Frequency Division Multiple Access — в чистом виде практически не используется (был реализован в стандартах 1G, например, AMPS) Для каждой абонентской станции выделяется определённая полоса из используемого диапазона частот и высвобождается лишь после окончания сессии.
Равно как, и в TDMA, такое использование радиоканала не является оптимальным и требует соблюдения баланса между числом онлайн пользователей и их скоростью.

CDMA — Code Division Multiple Access. На данный момент это один из самых перспективных механизмов мультиплексирования. Используется в стандартах CDMA (2000, EVDO) и UMTS.
Суть его в том, что каждому устройству, зарегистрированному в сети, предоставляется свой уникальный код. На одной стороне происходит модуляция сигнала с использованием такого уникального кода, на другой происходит обратный процесс — демодуляция. Таким образом данные пользователей не разносятся ни по времени ни с частотам, а смешиваются, используя всю ширину канала.
CDMA бывает синхронным — с использованием свойств ортогональных векторов для выбора способа кодирования — и асинхронным — с использованием псевдослучайных последовательностей. У каждого из подходов есть свои плюсы и минусы — это тема самостоятельной статьи и я не буду подробно на этом останавливаться.

DSSS — Direct Sequence Spread Spectrum. Технология имеет много общего с CDMA (для модуляции используется псевдослучайная последовательность), является достаточно помехоустойчивой, благодаря одиннадцатикратной избыточности, но при этом имеет низкую эффективность. Используется в Wi-Fi при скоростях до 2 Мб/с.

Теперь же перейдём к одной из самых, на мой взгляд, интересных технологий мультиплексирования, которая имеет огромное множество применений, в том числе Wi-Fi, WiMAX и LTE — OFDMA (Orthogonal frequency-division multiple access).
Сам OFDM, на котором основан OFDMA, также используется в ряде стандартов и не только беспроводных: DVB-T, ADSL, VDSL.
Чем же он так интересен? Всё дело в высокой эффективности использования радиоканала. Секрет раскрывается уже в названии: Orthogonal Frequency. Для передачи используется не одна несущая со всей выделенной шириной канала, а несколько поднесущих, с пересекающимися подканалами.
OFDMA подразумевает выделение каждому пользователю таймслотов, размер которых nxm, где n — количество подканалов, m — количество OFDMA-символов. Таким образом этот вид мультиплексирования можно назвать симбиозом TDMA и FDMA, каждый из которых в отдельности неоптимален.

Источник