Multiple Access Protocols

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Multiple access links

Link에는 두가지 종류가 존재한다.

 

1. 포인트 투 포인트(point-to-point)

PPP(Point-to-Point Protocol)는 다이얼업 접속에 사용된다.

이더넷 스위치와 호스트 사이의 포인트 투 포인트 링크를 의미한다.

 

2. 브로드캐스트(broadcast, 공유 와이어 또는 매체)

오래된 방식의 이더넷(Ethernet)을 말한다.

상향 HFC(Hybrid Fiber-Coaxial)를 포함한다.

802.11 무선 LAN(Wireless Local Area Network)을 나타낸다.

이러한 Multiple access protocol에서 node가 두개 이상의 signal들을 동시에 받게되면 collision이 발생하므로 이를 방지하는 것이 중요하다. 이때 이상적인 MAP는 broadcast channel이 R bps의 rate를 갖고 있다고 할 때 한개의 node가 transmit을 할때 R rate를 이용하고 M node가 transmit을 하면 그 평균 rate가 R/M이어야한다. 또한 완전히 decentralized 되어서 transmission을 coordinate하기 위한 특별한 node나 synchronized된 clock이나 slot이 없어야하고 간단해야한다. 그러나 이러한 사항은 말그대로 이상적인 구조이지 현실에서는 불가능에 가깝다.

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MAC 프로토콜 유형

Channel Partitioning

채널을 더 작은 "조각들"(time slots, frequency, code)로 나눈다. 각 조각을 독점적으로 사용하기 위해 노드에 할당한다.

ex) TDMA

 

FDMA

 

 

Random Access

채널을 나누어지지 않고 node가 원할때 데이터를 전송하, 충돌을 허용하고 충돌 발생 후 복구(recover)한다.

ex)ALOHA

ALOHA는 하와이의 인사말에서 따온 이름으로 실제로 하와이 섬끼리 통신을 할때 이용하기 위해 만든 프로토콜이다. 이를 발전시켜서 Slotted ALOHA 프로토콜을 개발하였다.

slot을 설정하고 보낼 데이터가 있으면 slot boundary에서 전송하는 방식이다. 그러나 clock synchronization문제와 버려지는 slot때문에 발생하는 효율 문제가 있다.

 

CSMA

CSMA는 carrier sense multiple access의 줄임말로 다른 node가 data를 보내는 것을 감지하여 channel이 비어있을 때만 데이터를 보내주는 방식이다.

위의 그림처럼 collision이 발생했음을 detect하고 바로 전송을 중지시켜 channel 활용률을 더 높이는 방식을 이용하는 것이 CSMA/CD이다. 예시를 통해 살펴보면 아래와 같다.

jam을 detecting하고 바로 중지 시키고 바로 재전송을 하는 것이 아니라 정해진 숫자에 따라 back-off를 하고 있다가 보내주는 모습이다. A가 전송되고 전송 중임을 B가 확인하여 전송을 지연하고 있기에 A의 data가 다시 겹치는 일이 없이 먼저 잘 전송이 된 것을 볼 수 있다.

 

 

Taking Turns

순서를 정해두고 노드들이 번갈아가며 턴을 가지는 protocol이다.

우선 polling 알고리즘은 master라는 중앙 관리 시스템이 slave nodes들에게 invite를 하여 transmit할 수 있는 기회를 나눠주는 방식이다.

그러나 polling 때문에 발생하는 overhead와 delay가 문제가 되고 single point failure 문제 즉 master가 고장나면 모든 프로토콜이 망가지는 위험성을 갖고 있다.

 

다음으로 token passing 방식은 master를 제거한 방식으로 token을 서로 돌리며 token을 가진 node가 데이터를 전송할 기회를 갖고 데이터 전송이 완료되었다는 사실을 알기 전까지 token을 뿌리지 않고 갖고 있는 방식을 이용한다.

그러나 이 방식도 token overhead와 delay 문제가 있고 token이 망가지면 모든 프로토콜이 망가지는 문제를 갖고 있다. 또한 실질적으로 token이 망가지면 재정비해주고 data를 전송한 node가 off되어 data가 무한히 떠돌면 수거해주는 역할을 하는 관리자가 필요한 문제도 있다.

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