CSMA/CD

1. 개요

2. 다중접속방식의 진화

3. CSMA

4. CSMA/CD

  가. 작동방식

  나. CSMA/CD 네트워크 사이즈 제한

  다. 재전송 알고리즘

 

 

 

 

 

1. 개요

 - LAN과 같이 많은 호스트의 사용자가 하나의 회선에 동시에 접근하면 신호가 겹쳐서 신호가 손상되거나 신호자체가 소실될 가능성이 있음

 - 각 호스트가 동시에 자주 네트워크를 접속할수록 또는 호스트에서 전송할 데이터가 많아질수록 이러한 충돌도 증가하게 됨

 - 이러한 충돌을 피하면서 많은 양의 프레임을 전송하기 위해서는 매체접근제어 메커니즘이 필요함

 - CSMA/CD는 매체 접근제어 메커니즘 중의 한 방법으로 IEEE 802.3으로 표준화 되었으며, 일반적으로 이더넷이라 불리고 있음

 

 

2. 다중접속방식의 발전

 - CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CD(Collision Detection)는 호스트가 채널의 상태를 감지해 충돌을 피하는 매체접근방식임

 - 초기의 다중접근방식(MA:Multiple Access)은 두개 이상의 장치가 동시에 매체에 접근할 확률이 매우 낮은 것으로 보고 전송 전 통신 채널을 Listen하지 않는 간단한 방식  

                   Pure ALOHA Protocol

                             Station이 전송할 Frame이 생기면 바로 전송

                             ACK를 기다림

                             ACK 오면 성공, 그렇지 않으면 재전송

                             Backoff limit에 이를 때까지 재전송이 반복되면, Frame 전송을 포기

                   Slotted ALOHA Protocol

                             Pure ALOHA Protocol을 보완한 프로토콜, 캐리어를 센스하지 않는 점은 Pure ALOHA와 동일하지만 각 스테이션간 동기화 기법을 적용하여 ALOHA 네트워크의 Throughput을 2배로 증가시킴

  - 다음에 등장한 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식은 호스트가 전송하기 전에 회선의 상태를 점검, 사용되지 않은 상태임을 확인하고 전송을 시작

  - CSMA 방식에 충돌을 검출하는 기능을 추가하는 것이 바로 CSMA/CD 방식임(유선 링크의 경우 충돌을 확인할 수 있기 때문에 사용가능한 방식, 유선 Ethernet LAN에서 사용하는 프로토콜)

  - 무선 네트워크에서는 충돌을 감지하기 힘들기 때문에 CSMA/CD 방식을 사용할 수 없다. 따라서 충돌을 회피하는 CSMA/CA 방식 사용

 

참조>

 

3. CSMA

  - 각 노드들이 프레임을 전송하려고 공유 매체에 접근하기 전에, 먼저 매체가 사용 중인지 확인(Carrier Sensing)하며 다중 접속(Multiple Access)하는 방식

  가. 작동 방식

     - 패킷의 송출을 개시하기 직전에, 채널이 사용 중인가(Busy) 또는 아닌가(Idle)를 반송파 검출(Carrier Sense)에 의하여 조사

     - Listen before Talk(Transmission)

  나. CSMA에서 채널획득방식(채널이 사용 중이거나 휴지 상태일 때 어떻게 행동하느냐에 관한 방식)  

     - Non-persistent, 1-persistent, p-persistent 방식이 있음

     1) 1-persistent

         - 충돌되지 않으리라는 확률 1을 갖고 사용 중이지 않은 것을 감지하자마자 즉시 매체에 접근하여 데이터 프레임 송출

         - 충돌 위험이 가장 높음, 채널사용률이 낮은 대신에 대기시간은 짧음

     2) Non-persistent

         - 반드시 충돌할 것이라고 비관하여 비록 사용 중이지 않은 것을 감지하여도 임의의 시간만큼 무조건 기다린 후 매체 접근

         - 충돌 위험은 적어지나, 회선효율이 떨어짐(대기시간이 길어짐)

    3) p-persistent

         - 사용 중이지 않은 것을 감지하면 전체 중 확률 p가 충돌되지 않을 것으로 판단하여 매체에 접근하고, 의심을 갖는 나머지 확률 q(=1-p)는 단위시간만큼 기다린 후 매체에 접근

         - Non-persistent 처럼 충돌을 줄이고, 1-persistent 처럼 대기시간을 줄이고자 하는 타협안임

    

 

 

 

 

4. CSMA/CD 

  - CSMA/CD 방식은 CSMA 방식에 충돌을 처리하는 절차를 더한 것 

  - 유선 인터넷 LAN에서 사용하는 방식

  가. 동작과정

     - 회선 감지: 호스트는 데이터를 전송하기 전에 회선이 사용 중인지 점검함, 회선이 사용 중이면 임의의 시간만큼 기다린 후 다시 회선의 사용 유무를 점검함(신호의 세기를 통하여 busy/idle 상태를 구분)

     - 데이터 전송: 회선이 사용되지 않는 것이 확인되면 데이터를 전송함

     - 충돌 발생: 데이터 전송 중 충돌이 검출되면 충돌 발생 사실을 모든 호스트에 간단한 통보신호를 보냄

     - 대기 후 재전송: 충돌이 발생하면 임의의 시간동안 대기한 후 다시 데이터를 다시 전송함

  나. CSMA/CD 네트워크 사이즈 제한

    - 노드 A가 프레임 전송 후 노드 B에 거의 도달하기 전 노드 B는 프레임 전송을 시작

    - 충돌이 발생, 충돌을 감지한 노드 B는 전송을 즉각 멈추고 잼신호 전송

    - 노드 A는 약 2T 시간 후에 충돌 감지

    - 노드 A가 아주 짧은 프레임을 약 2T 시간 내에 전송하였다면 노드 A는 프레임이 충돌없이 전송되었다고 판단함

    - 패킷이 충돌없이 전송되었음을 확인하기 위해서, 호스트는 반드시 패킷 전송이 끝나기 전에 충돌을 검출할 수 있어야 한다

    - 전송 중에 충돌을 감지하기 위한 프레임의 최소길이는 전파되는 시간의 최소 2배 이상이어야 함

    - 802.3에서 망최대 길이는 2500m, 가장자리의 두 스테이션 사이의 왕복전파지연시간은 51.2㎲

    - for 10Mbps의 경우, 51.2㎲*10Mbps=512bits(64byte)

 

 

 

 다. 재전송 알고리즘

    - 스테이션은 충돌이 발생하면 지속해서 전송을 재시도함

    - 그런데 재시도할 때마다 backoff 하는 시간은 매번 2배씩 증가함

    - 그리고 16번 충돌이 계속해서 발생하면 전송을 중지하고 에러가 발생했다고 보고함

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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