Час подвійного обороту й розпізнавання колізій

Чітке розпізнавання колізій всіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь передавальна станція не розпізнає колізію й вирішить, що кадр даних нею переданий вірно, то цей кадр даних буде загублений. Через накладення сигналів при колізії інформація кадру спотвориться, і він буде відбракований приймаючою станцією (можливо, через розбіжність контрольної суми). Швидше за все, перекручена інформація буде повторно передана яким-небудь протоколом верхнього рівня, наприклад транспортним або прикладним, працюючим із встановленням з'єднання. Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через значно більш тривалий інтервал часу (іноді навіть через кілька секунд) у порівнянні з мікросекундними інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому якщо колізії не будуть надійно розпізнаватися вузлами мережі Ethernet, то це призведе до помітного зниження корисної пропускної здатності даної мережі.

Для надійного розпізнавання колізій повинне виконуватися наступне співвідношення:

T_mіnPDV,

де Т_mіn — час передачі кадру мінімальної довжини, a PDV — час, за який сигнал колізії встигає поширитися до самого далекого вузла мережі. Тому що в найгіршому разі сигнал повинен пройти двічі між найбільш віддаленими одна від одної станціями мережі (в одну сторону проходить неспотворений сигнал, а по дорозі назад поширюється вже перекручений колізією сигнал), то цей час називається часом подвійного обороту (Path Delay Value, PDV).

При виконанні цієї умови передавальна станція повинна встигати виявити колізію, що викликав переданий нею кадр, ще до того, як вона закінчить передачу цього кадру.

Очевидно, що виконання цієї умови залежить, з одного боку, від довжини мінімального кадру й пропускної здатності мережі, а з іншого боку, від довжини кабельної системи мережі й швидкості поширення сигналу в кабелі (для різних типів кабелю ця швидкість трохи відрізняється).

Всі параметри протоколу Ethernet підібрані таким чином, щоб при нормальній роботі вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавалися. При виборі параметрів, звичайно, ураховувалося й наведене вище співвідношення, що зв'язує між собою мінімальну довжину кадру й максимальна відстань між станціями в сегменті мережі.

У стандарті Ethernet прийнято, що мінімальна довжина поля даних кадру становить 46 байт (що разом зі службовими полями дає мінімальну довжину кадру 64 байт, а разом із преамбулою — 72 байт або 576 біт). Звідси і походять певні обмеження на відстань між станціями.

Отже, в 10-мегабітному Ethernet час передачі кадру мінімальної довжини дорівнює 575 бітових інтервалів, отже, час подвійного обороту повинне бути менше 57,5 мкс. Відстань, що сигналу може пройти за цей час, залежить від типу кабелю й для товстого коаксіального кабелю дорівнює приблизно 13280 м. З огляду на, що за цей час сигнал повинен пройти по лінії зв'язку двічі, відстань між двома вузлами не повинна бути більшою 6635 м. У стандарті величина цієї відстані обрана істотно меншою, з урахуванням інших, більш суворих обмежень.

Одне з таких обмежень пов'язане із гранично припустимим загасанням сигналу. Для забезпечення необхідної потужності сигналу при його проходженні між найбільш віддаленими станціями сегмента кабелю максимальна довжина безперервного сегмента товстого коаксіального кабелю з обліком внесеного їм загасання обрана в 500 м. Очевидно, що на кабелі в 500 м умови розпізнавання колізій будуть виконуватися з великим запасом для кадрів будь-якої стандартної довжини, у тому числі й 72 байт (час подвійного обороту по кабелю 500 м становить усього 43,3 бітових інтервали). Тому мінімальна довжина кадру могла б бути встановлена ще меншою. Однак розроблювачі технології не стали зменшувати мінімальну довжину кадру, маючи на увазі багатосегментні мережі, які будуються з декількох сегментів, з'єднаних повторю­вачами.

Повторювачі збільшують потужність переданих із сегмента на сегмент сигналів, у результаті загасання сигналів зменшується й можна використати мережу набагато більшої довжини, що складається з декількох сегментів. У коаксіальних реалізаціях Ethernet розроблювачі обмежили максимальну кількість сегментів у мережі п'ятьма, що у свою чергу обмежує загальну довжину мережі 2500 метрами. Навіть у такий багатосегментній мережі умова виявлення колізій як і раніше виконується з великим запасом (зрівняємо отримане з умови припустимого загасання відстань в 2500 м з обчисленим вище максимально можливим за часом поширення сигналу відстанню 6635 м). Однак у дійсності часовий запас є істотно меншим, оскільки в багатосегментних мережах самі повторювачі вносять у поширення сигналу додаткову затримку в кілька десятків бітових інтервалів. Природно, невеликий запас був зроблений також для компенсації відхилень параметрів кабелю й повторювачів.

У результаті обліку всіх цих і деяких інших факторів було ретельно підібране співвідношення між мінімальною довжиною кадру й максимально можливою відстанню між станціями мережі, що забезпечує надійне розпізнавання колізій. Цю відстань називають також максимальним діаметром мережі.

Зі збільшенням швидкості передачі кадрів, що має місце в нових стандартах, що базуються на тім же методі доступу CSMA/CD, наприклад Fast Ethernet, максимальна відстань між станціями мережі зменшується пропорційно збільшенню швидкості передачі. У стандарті Fast Ethernet воно становить близько 210 м, а в стандарті Gіgabіt Ethernet воно було б обмежене 25 метрами, якби розроблювачі стандарту не почали деяких заходів щодо збільшення мінімального розміру пакета.

У табл. 5.1 наведені значення основних параметрів процедури передачі кадру стандарту 802.3, які не залежать від реалізації фізичного середовища. Важливо відзначити, що кожний варіант фізичного середовища технології Ethernet додає до цих обмежень свої, часто більше строгі обмеження, які також повинні виконуватися і які будуть розглянуті нижче.

Таблиця 5.1. Параметри рівня MAC Ethernet