Tiểu luận môn mạng máy tính tìm hiểu CSMA Ứng dụng trong WLAN

CSMA/CA
Ngô Quang Thìn
Trần Hoàng Điệp
Nguyên Trung Thành
Mục Lục

CSMA

CSMA/CA

Ứng dụng trong WLAN

Kết luận
CSMA (Carrier Sense Multiple
Access)
-
Một node muốn truyền dữ liệu cần phải xem trạng
thái của kênh truyền đang rỗi hay bận? Nếu rỗi,
gói tin sẽ được gửi, nếu bận, có thể thực hiện theo
3 phương pháp sau:
+ non-persistent
+ 1-persistent
+ p-persistent
CSMA (Carrier Sense Multiple
Access)

non-persistent: node sẽ chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi lại tiếp
tục hỏi trạng thái của kênh. Phương pháp này tránh được xung đột nhưng
tốn thời gian chết

1-persistent: node sẽ tiếp tục hỏi trạng thái của kênh cho đến lúc kênh rỗi

thì gửi tin. Phương pháp này giảm được thời gian chết nhưng dễ bị xung
đột nếu có 2 kênh trở lên cùng hỏi trạng thái của kênh một lúc.

p-persistent: node sẽ tiếp tục hỏi trạng thái của kênh cho đến lúc kênh rỗi
gửi tin với một xác suất nào đó là p tùy thuộc vào mức ưu tiên của node
đó, ngược lại node sẽ chờ thêm một khoảng thời gian rồi lại hỏi trạng thái
kênh truyền. Phương pháp này giảm được tối đa xung đột và thời gian chết
CSMA (Carrier Sense Multiple
Access)
CSMA/CD là phương pháp sử dụng trong mang LAN.
Các trạm có khả năng phát hiện xung đột. Các bước:
1.Chờ cho môi trường rỗi
2.Truyền dư liệu
3.Nếu có xung đột thì ngừng truyền
4.Truyền lại sau 1 thời gian ngẫu nhiên
CSMA (Carrier Sense Multiple
Access)
CSMA/CA là phương pháp sử dụng trong mạng WLAN. Các trạm
không có khả năng phát hiện xung đột. Các bước:
1.Chờ cho môi trường rỗi
2.Đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên
3.Truyền dư liệu
4.Nếu có xung đột thì trạm không chú ý đến nó
5.Xung đột => không có ACK phản hồi

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access)
DIFS (Distributed Inter Frame Space)
SIFS (Short Inter Frame Spacing)
DIFS SIFS

ACK
(B=>A)
Nếu bên nhận lỗi sẽ
không gửi ACK
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access)
DIFS SIFS DIFS
ACK
(B=>A)
Transmitted
frame (A=>B)
Next frame
(from any station)
Trong khoảng thời gian truyền (Frame+SIFS+ACK) môi trường
sẽ được ‘dự trữ’. Khung tiếp sẽ được truyền sau thời gian DIFS
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access)
DIFS SIFS DIFS
ACK
Transmitted
frame
NAV
 Virtual carrier sensing
Giá trị NAV(Network Allocation Vector-Vectơ định vị mạng) sẽ được tạo
ra ở tất cảt các trạm mà có thể nhận được Frame và đọc giá trị NAV
từ Frame
NAV value is
given here
Next frame
Transmission is not

allowed as long as NAV is
non-zero
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access)
DIFS SIFS
Transmitted
frame
NAV
Virtual carrier sensing sử dụng NAV khi môi trường cần dự trữ nhiều
ACK
ACK
Long transaction
DIFS
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
DIFS SIFS t > DIFS
ACK
(B=>A)
Transmitted
frame (A=>B)
Khi một trạm muốn truyền và kênh rỗi một thời gian > DIFS, trạm sẽ
lập tức truyền dư liệu
Next frame
(from any station)
Channel was idle at
least DIFS seconds
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
DIFS SIFS
DIFS

ACK
(B=>A)
Transmitted
frame (A=>B)
Nếu kênh bận, trạm sẽ đợi thêm một khoảng thời gian Backoff trước
khi truyền khung
Next
frame
Channel was busy when
station wanted to send
frame
Backoff
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
Trạm B và C đều đang đợi để truyền
Khi kênh rỗi, cả 2 trạm này đều sẽ truyền => xung đột
Station A
Station B
Station C
DIFS
Collision!
ACK
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
Các trạm sẽ thiết lập thời gian backoff (bn) một cách ngẫu nhiên. Bộ đếm
sẽ đếm hết thời gian backoff. Khi đến zero, các trạm sẽ truyền khung
Station A
Station B
Station C
DIFS

bn is large
bn is small
Backoff
Remaining
backoff time
ACK
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
DIFS SIFS DIFS
ACK
(B=>A)
Transmitted
frame (A=>B)
Next
frame
(A=>B)
Backoff
Khi một trạm muốn truyền nhiều Frame, no vẫn phải sử dụng thơi
gian backoff như các trạm khác
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
Nút A và B không thấy nhau
Nút A gửi dư liệu, nút B
không thấy => xung đột
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access collision avoidance)
Dự trư môi trường dùng NAV
RTS
SIFS
DIFS

NAV = CTS + Data + ACK + 3xSIFS
CTS
Data frame
ACK
SIFS
SIFS
A
AP
NAV = Data + ACK + 3xSIFS
NAV in RTS
NAV in CTS
Ứng dụng trong WLAN
Vì môi trường vô tuyến là môi trường dùng chung nên WLAN
phải có cách để ngăn chặn hiện tượng xung đột giống như
trong mạng LAN có dây.
Điều khác biệt ở chỗ là trong mạng không dây không có cách
nào để máy gởi có thể phát hiện được đã có sự xung đột xảy
ra. Việc phát hiện xung đột là điều không thể làm được trong
mạng không dây.
Vì lý do này, WLAN đã sử dụng giao thức CSMA/CA để
tránh xung đột. CSMA/CA cũng tương tự như CSMA/CD
được dùng trong LAN.
Ứng dụng trong WLAN

Việc thực hiện cơ chế dò tìm xung đột yêu cầu sự thi
hành toàn song công, khả
năng phát và nhận đồng thời, nó sẽ làm tăng thêm chi phí
một cách đáng kể.

Trên môi trường không dây chúng ta không thể giả thiết

tất cả các trạm “nghe thấy” được nhau (đây là sự giả thiết
cơ sở của sơ đồ dò tìm xung đột), và việc
một trạm nhận thấy môi trường tự do và sẵn sàng để
truyền không thật sự có nghĩa rằng môi trường là tự do
quanh vùng máy thu.
Kết Luận

Điểm khác nhau giữa CSMA/CA(Carier sense multiple access/ collision avoidance) và CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collosion Detection) là:

CSMA/CA tránh xung đột (CSMA/CD phát hiện xung đột) và sử dụng ACK để xác nhận thay vì tùy ý sử dụng môi trường truyền
khi có xung đột xảy ra. Việc sử dụng ACK rất đơn giản, khi một thiết bị không dây gởi gói tin, đầu nhận sẽ đáp lại bằng ACK nếu
như gói tin đó được nhận đúng và đầy đủ. Nếu đầu gởi không nhận được ACK thì nó xem như là đã có xung đột xảy ra và truyền
lại gói tin.

CSMA/CA phát ra nhiều dữ liệu điều khiển trên WLAN, làm cho chi phí chiếm đến xấp xỉ 50% băng thông sẳn có của WLAN.
Chi phí này cộng với các chi phí của các giao thức khác như RTS/CTS (được dùng để tránh xung đột) là nguyên nhân chính làm
cho băng thông thực sự chỉ đạt xấp xỉ 5.0 – 5.5 Mbps đối với một mạng 802.11b (tốc độ lý thuyết là 11 Mbps). Mặc dù CSMA/CD
cũng phát sinh chi phí, nhưng nó chỉ chiếm khoảng 30% băng thông của mạng. Khi một mạng Ethernet bắt đầu nghẽn thì
CSMA/CD chiếm băng thông lên đến 70%, trong khi mạng không dây lúc bị nghẽn vẫn còn 50-55% băng thông để truyền dữ liệu.

Giao thức CSMA/CA tránh khả năng xung đột gữa các trạm dùng chung đường truyền (sóng vô tuyến) bằng cách sử dụng random
back off time (khoảng thời gian bất kỳ phải đợi trước khi có thể giành quyền sử dụng đường truyền) nếu bộ cảm biến vật lý hay
logic của máy trạm phát hiện đường truyền bận. Khoảng thời gian ngay sau khi đường truyền bận là khoảng thời gian dễ xảy ra
xung đột nhất, đặc biệt là trong môi trường có nhiều người sử dụng. Tại thời điểm này, các máy trạm phải đợi cho đường truyền
rảnh và sẽ cố truyền dữ liệu tại cùng một thời điểm. Một khi đường truyền rảnh, random back of time sẽ trì hoãn việc truyền dữ
liệu của trạm, hạn chế tối đa khả năng xảy ra xung đột giữa các trạm.
Thank You!