[네트워크] 다중 접속 프로토콜: 랜덤 접속 프로토콜

랜덤 접속 프로토콜이란

  • 회선이 가용한 최대 속도로 각 노드들은 정보를 보낸다
  • 전송 노드는 항상 채널의 최대 전송률인 R bps로 전송한다
  • 이때 만약 충돌이 생기면 서로 랜덤한 시간동안 전송을 중지함으로서 회선이 충돌하는 것을 막는다
  • 충돌과 관련된 노드는 자신만의 랜덤 지연 시간을 선택한다
  • 충돌했던 노드 중 하나는 다른 노드가 선택한 지연 시간보다 충분히 작은 지연 시간을 선택함으로써,
  • 충돌 없이 자신의 프레임을 전송할 수 있다

슬롯 알로하 순수 알로하 CSMA CSMA/CD

알로하 (Aloha)

  • 1970년대초 하와이 군도에 있는 섬들간에 무선 데이타 통신망(패킷 라디오망)을 구성하기 위한 연구에서 발전
  • 동일 채널을 여러 사용자가 공동으로 이용하는 방법으로써 다중접속을 검토하였으며,
  • 다중접속방법의 효시가 됨

동작원리

  • 초기 Aloha 기법(Pure Aloha)은 매우 단순
  • 발신노드가 패킷을 전송하면, 수신노드는 유효한 패킷인가를 확인하고 즉시 ACK 발송
  • 송신노드는 ACK가 올때까지 기다리다가, 최대왕복 전파지연 시간 이상이 되면,
  • 해당 패킷을 재전송하는 방법으로 동일 채널을 다수의 노드가 이용
  • 만일 동시에 여러 노드가 패킷을 보내면 충돌(Collision)이 발생
  • 이때 수신노드는 해당 패킷을 무시
  • 부하가 증가할수록 패킷 충돌 횟수가 늘어나므로 최대 채널사용율은 18% 이하로 저조

종류

  • Pure Aloha
  • 가장 오래된 임의매체접근에 의한 다원접속방식, 1970년대초 하와이대학에서 개발
  • 충돌방지를 위한 고려사항으로,
    • 임의 대기시간(Backoff Time)을 줌
    • 최대 재전송 횟수를 제한
  • Slotted Aloha
  • 동기화된 시간틈새(Slotted Time)에서만 전송하도록 함

반송파 감지 다중 접속 (Carrier Sense Multiple Access, CSMA)

  • 각 노드들이 프레임을 전송하려고 공유 매체(반송파)에 접근하기 전에,
  • 먼저 매체가 사용중인지 확인(Carrier Sensing)하며 다중접속(Multiple Access)하는 방식

CSMA 작동방식

  • 패킷의 송출을 개시하기 직전에,
  • 채널이 사용중(busy)인가 또는 아닌가(idle)를 반송파 검출(Carrier Sense)에 의하여 조사
  • 즉, Listen Before Talk (LBT, 말하기 전에 듣기)
  • 만일 채널이 비어 있으면, 자신의 패킷을 송출 전송하고
  • 사용중이면, 채널이 빌 때까지 합리적인 방식(행동양식)으로 기다림
  • 참고
  • CSMA/CD (충돌 검출 : 유선 LAN)
  • CSMA/CA (충돌 회피 : 무선 LAN)

CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Listen While Talk (LWT) 지원 - 송출 중에도 송신측은 지속적으로 충돌 감지(Collision Detection)를 함

CSMA/CA - CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - 유선 LAN 에서는 프레임 충돌 검출을 전송매체 상의 전위 변화로 쉽게 알 수 있으나, - 무선 LAN 에서는 공기 중 전송매체이어서 충돌 감지가 거의 불가능하기 때문에, - 전송 전에 캐리어 감지를 해 보고 일정 시간 기다리며, - 사전에 가능한 한 충돌을 회피(Collision Avoidance,CA)하는 무선전송 다원접속 방식

CSMA에서 매체가 빈(free) 직후 어떤 행동양식들을 취할까?

  • 1-Persistent CSMA
  • 낙천형
  • 충돌되지 않으리라는 확률 1을 갖고 사용중이지 않은 것을 감지하자마자,
    • 즉시 매체에 접근하여 데이터 프레임 송출
  • 충돌발생 가능성이 가장 크므로 채널사용율이 낮은 대신에 대기시간은 짧음
  • 유선 LAN 이더넷에서는 바로 이렇게 행동함
  • nonpersistent CSMA
  • 비관형
  • 반드시 충돌될 것이라고 비관하여 비록 사용중이지 않은 것을 감지하여도,
    • 확률분포에서 얻어진 임의시간 만큼 무조건 기다린 후 매체접근
  • 충돌이 적어 채널사용율은 좋아지나, 대기시간이 길어짐
  • p-persistent CSMA
  • 의심염려형
  • 사용중이지 않은 것을 감지하면,
    • 전체중 확률 p 가 충돌되지 않을 것으로 판단하여 매체에 접근하고,
    • 의심을 갖는 나머지 확률 q(=1-p)는 한 단위시간 만큼 기다린 후 매체에 접근
  • nonpersistent 처럼 충돌을 줄이고, 1-Persistent 처럼 대기시간을 줄이고자 하는,
    • 위 두 가지에 대한 타협안임

참고

links

social