←
CONTROLUL ACCESULUI LA MEDIU

Ce este controlul accesului la mediu?

MAC (Media Access Control) este un sub-strat al nivelului Legatura de Date (Layer 2 OSI) care stabileste regulile prin care mai multe statii partajeaza un singur canal de comunicatie. Intrebarea centrala: "Cine transmite si cand?"

Protocoalele MAC se impart in trei categorii principale:

Acces aleator
ALOHA CSMA CSMA/CD CSMA/CA
Acces controlat
Token Ring Token Bus Polling
Canalizare
FDMA TDMA CDMA

Protocoale de acces aleator

PA
Pure ALOHA
Transmite oricand; daca e coliziune, asteapta un timp aleator si retransmite.
▼
Cum functioneaza

O statie transmite oricand are date, fara sa verifice daca mediul e liber. Daca nu primeste confirmare (ACK), presupune coliziune, asteapta un timp aleator si retransmite.

S = G · e-2G
Eficienta maxima: ~18.4% (la G = 0.5)
Caracteristici cheie
Fara sincronizare Vulnerabil 2T Simplu Ineficient
Retine

Cel mai simplu protocol MAC. Eficienta 18.4% (= 1/2e). Perioada vulnerabila = 2T (doua cadre de transmisie).

SA
Slotted ALOHA
Ca Pure ALOHA, dar transmisia incepe doar la inceputul unui slot de timp.
▼
Cum functioneaza

Timpul e impartit in sloturi egale (durata = 1 cadru). O statie poate transmite doar la inceputul unui slot. Asta reduce fereastra vulnerabila la jumatate fata de Pure ALOHA.

S = G · e-G
Eficienta maxima: ~36.8% (la G = 1) — dublu fata de Pure ALOHA
Caracteristici cheie
Necesita sincronizare Vulnerabil T 36.8% eficienta
Retine

Eficienta se dubleaza de la 18.4% la 36.8% (= 1/e) doar prin adaugarea sloturilor de timp. Cheia: fereastra vulnerabila scade de la 2T la T.

CS
CSMA — Carrier Sense Multiple Access
"Asculta inainte sa vorbesti" — verifica daca mediul e liber inainte de transmisie.
▼
Cum functioneaza

Inainte de transmisie, statia asculta canalul. Daca e liber, transmite. Daca e ocupat, asteapta. Coliziunile tot pot aparea din cauza intarzierii de propagare — doua statii pot detecta mediul liber simultan.

Strategii de persistenta
  1. 11-Persistent: Daca liber, transmite imediat (p=1). Daca ocupat, asculta continuu. Folosit in Ethernet.
  2. NNon-Persistent: Daca liber, transmite. Daca ocupat, asteapta un timp aleator, apoi verifica din nou. Mai putine coliziuni.
  3. pp-Persistent: Daca liber, transmite cu probabilitate p; cu (1-p) asteapta un slot. Folosit in Wi-Fi.
Retine

CSMA = ALOHA + "asculta inainte sa vorbesti". Coliziunile apar din cauza propagation delay. Trei strategii: 1-persistent (agresiv), non-persistent (politicos), p-persistent (echilibrat).

CD
CSMA/CD — Collision Detection | IEEE 802.3
"Asculta in timp ce vorbesti" — detecteaza coliziunea si opreste transmisia imediat.
▼
Algoritm
  1. 1Verifica daca mediul e liber
  2. 2Daca da, incepe transmisia
  3. 3In timp ce transmite, monitorizeaza canalul pentru coliziune
  4. 4Daca detecteaza coliziune: opreste transmisia, trimite jam signal (48 biti)
  5. 5Binary Exponential Backoff: dupa coliziunea n, asteapta aleator din [0, 2min(n,10) - 1] sloturi
  6. 6Dupa 16 coliziuni consecutive: abandoneaza, raporteaza eroare
Caracteristici cheie
Ethernet (802.3) Doar retele cablate Jam signal 48 biti Cadru minim 64 bytes Backoff exponential
Retine

Doar pentru retele cablate (nu functioneaza pe wireless). Cadrul minim de 64 bytes exista pentru a garanta ca orice coliziune e detectata inainte de sfarsitul transmisiei. Backoff: fereastra se dubleaza la fiecare coliziune, cap la 210.

CA
CSMA/CA — Collision Avoidance | IEEE 802.11
"Evita coliziunea inainte sa apara" — folosit in retele wireless (Wi-Fi).
▼
Mecanism de baza
  1. 1Verifica daca mediul e liber
  2. 2Daca da, asteapta DIFS (Distributed Inter-Frame Space)
  3. 3Daca inca e liber, porneste un backoff timer aleator
  4. 4Transmite cand timerul expira
  5. 5Receptorul trimite ACK dupa SIFS — fara ACK = retransmisie
Mecanismul RTS/CTS (problema terminalului ascuns)
  1. REmitatorul trimite RTS (Request to Send) cu durata estimata
  2. CReceptorul raspunde cu CTS (Clear to Send)
  3. NToate statiile care aud RTS/CTS isi seteaza NAV (Network Allocation Vector) si tac
  4. DEmitatorul transmite datele, receptorul confirma cu ACK
Caracteristici cheie
Wi-Fi (802.11) Retele wireless DIFS / SIFS RTS / CTS NAV ACK obligatoriu
Retine

Doar pentru wireless — nu poate detecta coliziuni, deci le evita. Diferenta cheie fata de CD: CD = detecteaza (wired), CA = evita (wireless). RTS/CTS rezolva problema terminalului ascuns (doua statii nu se vad reciproc dar ambele vad AP-ul).

Protocoale cu jeton (Token)

TR
Token Ring — IEEE 802.5
Jetonul circula pe inel; doar statia cu jeton poate transmite.
▼
Cum functioneaza
  1. 1Un jeton liber (3 bytes) circula pe inel
  2. 2Statia care vrea sa transmita captureaza jetonul (schimba un bit)
  3. 3Transmite cadrul de date pe inel
  4. 4Cadrul circula; destinatarul copiaza datele
  5. 5Cadrul se intoarce la emitator, care il scoate din inel
  6. 6Emitatorul elibereaza un jeton liber nou
Caracteristici cheie
IEEE 802.5 Topologie inel Deterministic Zero coliziuni 4 / 16 Mbps
Retine

"Vorbeste doar cand ai bastonul." Zero coliziuni, acces deterministic (timp maxim de asteptare garantat). Performanta mai buna ca Ethernet sub sarcina mare, dar mai slaba sub sarcina mica (trebuie sa astepti jetonul). Punct slab: daca jetonul se pierde, reteaua se blocheaza (necesita statie monitor).

TB
Token Bus — IEEE 802.4
Token Ring pe topologie de bus — inelul este logic, nu fizic.
▼
Cum functioneaza
  1. 1Statiile formeaza un inel logic (fiecare cunoaste predecesorul si succesorul)
  2. 2Jetonul circula pe acest inel virtual, pe cablu de bus fizic
  3. 3Doar statia cu jetonul poate transmite
  4. 4Dupa transmisie, jetonul e pasat succesorului logic
Caracteristici cheie
IEEE 802.4 Bus fizic, inel logic Cablu coaxial Deterministic Medii industriale
Retine

"Token Ring pe cablu de bus." Acelasi avantaj deterministic, dar topologie fizica bus + inel logic in software. Folosit in medii industriale (MAP — Manufacturing Automation Protocol). Mnemonic pentru standarde: 802.4 = Bus (4 ca un scaun, stai in bus), 802.5 = Ring (5 degete fac un inel).

Comparatie protocoale MAC

Protocol Tip Coliziuni Eficienta Utilizare Standard
Pure ALOHA Aleator Da 18.4% Radio (istoric) —
Slotted ALOHA Aleator Da 36.8% Satelit —
CSMA/CD Aleator Detectate Variabila Ethernet (cablu) 802.3
CSMA/CA Aleator Evitate Variabila Wi-Fi (wireless) 802.11
Token Ring Controlat Nu Buna sub sarcina LAN (birou) 802.5
Token Bus Controlat Nu Buna sub sarcina Industrial (MAP) 802.4