Правила доступа к среде (MAC - Media Access Control)

Правила доступа к среде (MAC)

Правила MAC (Media Access Control - контроль доступа к среде) встроены в кажый сетевой интерфейс Ethernet (сетевой адаптер или порт более сложного устройства). Эти праивла позволяют устройствам Ethernet совместно использовать общую среду передачи и разрешать возникающие в процессе работы конфликты.

Правила MAC основаны на технологии множественного доступа с детектированием несущей и разрешением конфликтов CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). В любой момент времени передача сигналов в среду Ethernet разрешается только одному устройству. Перед тем как начать передачу данных каждое устройство должно прослушать среду, чтобы убедиться в отсутствии сигналов от другого устройства. При попытке одновременной передачи несколькими устройствами возникает конфликт (коллизия - collision).

Детектирование несущей

Стандарт IEEE 802.3 требует, чтобы каждая станция до начала передачи сигналов в среду должна прослушивать сетевую среду в течение 9.6 мксек (для скорости 10 Мбит/с) в целях обнаружения сигналов от другого устройства. Межкадровый интервал, соответствующий времени передачи 96 битов (0,96 мксек при 100 Мбит/с, 96 нсек при 1000 Мбит/с) позволяет сетевому интерфейсу, который вел последнюю передачу, перейти из режима передачи в режим прослушивания среды. Без такой паузы сетевой адаптер сразу после завершения передачи может пропустить адресованный ему кадр в силу того, что просто не успеет переключиться в режим прослушивания среды.

Стандарт IEEE 802.3 основан на разработанной в 70-х годах технологии и большинство современных сетевых адаптеров способны переключаться после завершения передачи в режим прослушивания быстрее, чем происходит передача 96 битов данных. Некоторые производители сетевого оборудования разрабатывают свои адаптеры с сокращенным межкадровым интервалом и анонсируют это как ускорение обмена данными в сети. Однако сокращение межкадрового интервала может привести к существенному росту числа конфликтов в сети и возникновению проблем совместимости с продукцией других фирм.

Множественный доступ

После завершения передачи каждого кадра все сетевые устройства будут ждать в течение 9.6 мксек и находятся в равных условиях относительно права на передачу следующего кадра. Это гарантирует каждой станции равные права на использование сетевой среды для передачи кадров и предотвращает монопольный захват среды одной станцией. По завершении межкадрового интервала может возникнуть попытка одновременной передачи кадра в среду несколькими адаптерами - в результате возникает конфликт при доступе к среде (коллизия). После обнаружения конфликта все участвующие в нем устройства должны немедленно прекратить передачу

Обнаружение конфликтов

Кадр Ethernet представляет собой последовательность сигналов (электрических, оптических, радио) в среде передачи и доставка кадра от отправителя к получателю занимает некоторое время. Первый бит кадра Ethernet попадает на интерфейс каждого из подключенных к сети устройств в разное время. Следовательно, возможны ситуации, когда два (или более) устройства обнаружат, что среда свободна и начнут передавать данные "одновременно". Для таких случаев Ethernet обеспечивает способ обнаружения конфликтов и прекращения дальнейшей передачи с повтором попытки через некоторое время.

При возникновении конфликта участвующие в нем сетевые устройства уведомляются об этом событии и каждое из таких устройств планирует повторную попытку передачи кадра с использованием специального алгоритма. Этот алгоритм использует генератор случайных чисел для определения интервала, по истечении которого будет предпринята попытка повтора передачи кадра. использование случайных значений позволяет предотвратить возникновение повторных конфликтов.

Конфликты являются нормальным явлением для сетей Ethernet, поскольку из возможность обысловлена используемым методом доступа CSMA/CD (сам факт наличия некоторого числа конфликтов говорит о нормальном функционировании CSMA/CD). По мере добавления устройств в ЛВС Ethernet возрастает уровень трафика (объем передаваемой по сети информации) и вероятность возникновения конфликтов при доступе к среде. Стандарт IEEE 802.3 (CSMA/CD) обеспечивает разрешение большинства конфликтов в течение нескольких микросекунд.