Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Между тем, кроме верхней границы размера поля данных очень важна и нижняя граница. Поле данных, содержащее 0 байт, вызывает определенные проблемы. Дело в том, что когда приемопередатчик обнаруживает столкновение, он обрезает текущий кадр, а это означает, что отдельные куски кадров постоянно блуждают по кабелю. Чтобы было легче отличить нормальные кадры от мусора, сети Ethernet требуется кадр размером не менее 64 байт (от поля адреса получателя до поля контрольной суммы включительно). Если в кадре содержится меньше 46 байт данных, в него вставляется специальное поле Pad (наполнитель), с помощью которого размер кадра доводится до необходимого минимума.

Другой (и даже более важной) целью установки ограничения размера кадра снизу является предотвращение ситуации, когда станция успевает передать короткий кадр раньше, чем его первый бит дойдет до самого дальнего конца кабеля, где он может столкнуться с другим кадром. Эта ситуация показана на рис. 4.15. В момент времени 0 станция A на одном конце сети посылает кадр. Пусть время прохождения кадра по кабелю равно т. За мгновение до того, как кадр достигнет конца кабеля (то есть в момент времени т - е), самая дальняя станция B начинает передачу. Когда станция B замечает, что получает большую мощность, нежели передает сама, она понимает, что произошло столкновение. Тогда она прекращает передачу и выдает 48-битный шумовой сигнал, предупреждающий остальные станции. Примерно в момент времени 2т отправитель замечает шумовой сигнал и также прекращает передачу. Затем он выжидает случайное время и пытается возобновить передачу.

Если размер кадра будет слишком маленьким, отправитель закончит передачу прежде, чем получит шумовой сигнал. В этом случае он не сможет понять, произошло это столкновение с его кадром или с каким-то другим, и, следовательно, может предположить, что его кадр был успешно принят. Для предотвращения такой ситуации все кадры должны иметь такую длину, чтобы время их передачи было больше 2т. Для локальной сети со скоростью передачи 10 Мбит/с при максимальной длине кабеля в 2500 м и наличии четырех повторителей (требование спецификации 802.3) минимальное время передачи одного кадра должно составлять в худшем случае примерно 50 мкс.

Следовательно, длина кадра должна быть такой, чтобы время передачи было по крайней мере не меньше этого минимума. При скорости 10 Мбит/с на передачу одного бита тратится 100 нс, значит, минимальный размер кадра должен быть равен 500 бит. Из соображений большей надежности это число было увеличено до 512 бит или 64 байт.

Рис. 4.15.Обнаружение столкновения может занять 2т

Последнее поле кадра стандарта Ethernet — Checksum, которое содержит контрольную сумму. По сути дела, это 32-битный код CRC того же типа, как мы обсуждали выше. Он определен как раз при помощи того же порождающего многочлена, что используется для PPP, ADSL и других типов каналов. Этот CRC позволяет обнаруживать ошибки: он проверяет, правильно ли приняты биты кадра. Исправления ошибок нет, и если ошибка обнаруживается, кадр удаляется.

Экспоненциальный двоичный алгоритм выдержки

В классическом Ethernet используется алгоритм CSMA/CD с настойчивостью 1, который мы рассматривали выше. Это означает, что станции прослушивают среду передачи, когда у них появляется кадр на отправку, и отправляют данные, когда среда передачи освобождается. Отправляя кадр, они проверяют, не произошло ли в канале коллизий. Если столкновение случилось, они прерывают передачу, отправляя короткий сигнал о наличии конфликта, и повторяют отправку данных через случайный интервал времени.

Рассмотрим, как определяется случайная длина интервала ожидания после столкновения, так как это новый метод. Модель остается та же, что представлена на рис. 4.5. После возникновения коллизии время делится на дискретные интервалы, длительность которых равна максимальному времени кругового обращения сигнала (то есть его прохождения по кабелю в прямом и обратном направлении), 2т. Для удовлетворения потребностей Ethernet при максимальном размере сети необходимо, чтобы один интервал составлял 512 битовых интервалов или 51,2 мкс.

После первого столкновения каждая станция ждет или 0 или 1 интервал, прежде чем попытаться передавать опять. Если две станции столкнутся и выберут одно и то же псевдослучайное число, то они столкнутся снова. После второго столкновения каждая станция выбирает случайным образом 0, 1, 2 или 3 интервала из набора и ждет опять.