Åtkomstmetoder

Transmissionsmedia i ett nätverk är gemensamt för alla nätverksnätverksenheter som sammanbinds i det. Utan kontrollmekanismer för åtkomst till transmissionsmedia uppstår kollisioner som deformerar ramar i överföringen.

För att undvika kollisioner används kontroller eller metoder som reglerar hur det gemensamma transmissionsmedia ska användas. Dessa metoder definieras av komplexa protokoll som kan erbjuda tillförlitlig åtkomst till transmissionsmedia, men på bekostnad av overhead (ytterligare styrinformation).

Kontrollmetoder att använda beror på:

  • Gemensamma transmissionsmedia: reglerar hur noderna turas om åtkomsten till gemensamma transmissionsmedia.
  • Topologi: Hur uppkopplingen mellan nätverksnätverksenheter hanteras i Datalänkskiktet. Datalänken eller uppkopplingen kan vara punkt-till-punkt där endast två nätverksnätverksenheter sammanbinds i en WAN-datalänk, eller en datalänk där flera nätverksnätverksenheter bindas ihop till ett LAN-nätverk.
dl-9
Bild 1: Åtkomstkontroller

Gemensamt transmissionsmedia

Vissa nättopologier delar ett gemensamt transmissionsmedia med flera nätverksnätverksenheter. Vid någon tidpunkt kan det finnas flera nätverksnätverksenheter som försöker skicka och ta emot datasignaler samtidigt och då uppstår kollisioner. För att undvika kollisioner införs olika kontrollmekanismer exempelvis att endast en av alla nätverksnätverksenheterna är tillåten att komma åt transmissionsmediet.
Det finns två grundläggande åtkomstkontroll metoder för delad transmissionsmedia:

  • Kontrollerad: Varje nätverksenhet har sin egen tid för att använda transmissionsmediet
  • Kollisionsbaserad (Contention-based): Alla noder tävlar med varandra om att komma åt transmissionsmediet.

Kontrollerad tillgång till delad transmissionsmedia

Nätverksnätverksenheter turas om i sekvens för att komma till transmissionsmedia. Metoden är också känd som deterministisk. Om en nätverksenhet inte behöver placera ramar på transmissionsmedia passeras möjligheten till en annan. När en nätverksenhet sänder en ram på transmissionsmedia kan ingen annan nätverksenhet göra det samma tills ramen har kommit fram till destinationen och har bearbetats av destinationen.

dl-10
Bild 2: Kontrollerad åtkomst

Även om kontrollerad medieåtkomst är välordnad och ger förutsägbar överföringskapacitet kan deterministiska metoder vara ineffektiva på grund av väntetider.

Kollisionsbaserad tillgång till delad transmissionsmedia

OBS: Det riktiga engelska namnet för denna metod är ”Contention-based”. Jag lyckas inte att översätta rätt och använder istället ”Kollisionsbaserad”.

Kollisionsbaserad åtkomst, kallas även icke-deterministisk, innebär att det inte finns någon kontroll över åtkomst till transmissionsmedia. Alla nätverksnätverksenheter i nätet tävlar om att komma åt transmissionsmedia och när denna är upptagen väntar de tills transmissionsmediet är disponibelt igen.

dl-11
Bild 3: Kollisionsbaserad åtkomst

För att förhindra ett fullständigt kaos i tävlingen används en process så kallad Carrier Sense Multiple Access (CSMA). Processen går ut på att kontrollera först om transmissionsmediet bär någon signal. Det finns två möjliga situationer i denna kontroll:

  • Om en signal detekteras på transmissionsmedia betyder detta att någon nätverksenhet sänder och då alla andra håller sig borta från mediet en stund innan de försöker igen.
  • Om ingen bärsignal detekteras överför nätverksenheten dess data.

Det är möjligt att CSMA processen misslyckas någon gång och därmed kan två nätverksenheter sända ut vid samma tidpunkt. Det är uppenbart att datasignalerna kommer att kollidera med varandra, något som kallas för datakollision. Om en datakollision inträffar deformeras ramar på transmissionsmedia vilket orsakar en ny sändning.

Kollisionsbaserade (contention based) metoder har inte lika stor overhead som kontrollerade åtkomstmetoder eftersom de saknar kontrollmekanismer för åtkomst till transmissionsmedia. Därmed är kollisionsbaserade system begränsat för en hög användning av transmissionsmedier. Dessutom Återhämtningsmekanismer kräver bearbetning och korrigeringar av felaktigheter orsakade av kollisioner vilket försämrar nätverkets prestanda.

CSMA brukar implementeras tillsammans med ytterligare metoder som löser medieåtkomsten. De två vanligaste metoderna är: CSMA med kollisionsdetektering och CSMA med kollisions undvikande.

  • CSMA/Collision Detection – CSMA/CD övervakar transmissionsmedia för att detektera närvaron av datasignaler. Om ingen datasignal detekteras innebär att transmissionsmedia är fri/ledig/disponibel. När datasignaler detekteras i transmissionsmedia väntar nätverksenheterna under en viss tidsperiod innan de försöker igen komma åt transmissionsmediet. Traditionella Ethernet använder CSMA/CD
  • CSMA/Collision Avoidance – CSMA/CA undersöker nätverksenheter medierna för närvaron av datasignaler. Om transmissionsmediet är fritt sänder enheten en signal till alla nätverksnätverksenheter i sin avsikt att använda transmissionsmediet. Strax därefter börjar enheten att sända ut datasignaler. Trådlösa nätverksenheter som är kompatibla med 802.11-teknik använder CSMA/CA för att komma åt till transmissionsmedia.

Media Access Control för icke – delade transmissionsmedia

Protokoll som hanterar åtkomstkontroll för icke-delade transmissionsmedia kräver liten eller ingen kontroll innan datasignaler placeras på transmissionsmedia. Dessa protokoll har enklare regler och processer för Transmissionsmedia Access Control. Så är fallet för punkt-till-punkt topologier.

dl-12
Bild 4: Point-to-Point topologi

I punkt-till-punkt topologier sammankopplas endast två noder. nätverksenheterna i ett sådant nätverk behöver inte dela transmissionsmediet med andra och då har ett datalänkskikts protokoll lite att hantera exempelvis datatrafikriktning.