Multiple Access(ALOHA, CSMA)

milkbottle·2022년 12월 18일

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Multiple Access

한 채널(회선)에서 여러 컴퓨터들이 통신을 하게 되면 신호는 충돌할 수 밖에 없다. 그래서 채널이 사용중인지 확인을 하거나, 확인을 하지않고 그냥 보내는 여러가지 방식이 있다. 여기에는 크게 3가지 방식이 있다.

Random Access Protocol
Controlled Access Protocol
Channelization Protocol

Random Access Protocol

랜덤한 확률이나 시간을 대기 후 채널이 비어있다면(Idle) 사용하는 방식이다. 아래의 요소들을 고려해야한다.

"각 매채는 언제 채널을 사용해야할까?"
"매체는 채널이 사용중이라면 무엇을 해야할까?"
"각 매체는 성공과 실패의 결정을 어떻게 해야할까?"
"충돌이 발생하면 매체는 무엇을 해야할까?"

Random Access Protocol에는 아래의 방식이 있다.

ALOHA
- Pure ALOHA
- Slotted ALOHA
CSMA
- CSMA/CD
- CSMA/CA

ALOHA

최초의 Random Access 방식으로 하와이에서 만들어서 ALOHA(인사)라 부른다. 아래의 과정을 거쳐서 전송을 하게 된다.

1. 데이터 전송
2. 최대 전송시간의 2배시간 만큼 대기
3. ACK가 왔다면 성공, 오지않았다면 RTO(Recieve Time Out)
4. 시도횟수 K = K + 1
5. K > Kmax(대체로 15)라면 Abort, 아니라면 랜덤시간 대기후 1로 이동

Pure vs Slotted

Slotted ALOHA는 Pure ALOHA와 다르게 일정 단위시간(Slot)마다 전송을 하기 때문에 충돌이 날 가능성이 낮다. 하지만 한 번 충돌난다면 Frame의 모든 구간이 충돌나게 된다.

CSMA

ALOHA는 매체(Station)이 채널(Medium)이 사용중인지 모르지만, CSMA는 채널이 사용중인 상태인지 확인할 수 있다.
Persistent method

1-persistent
회선이 사용중인지 계속 busy-waiting하다가, idle이라면 즉시 전송
Nonpersistent
랜덤시간 단위로 waiting하다가, idle이라면 즉시 전송
p-persistent
회선이 사용중인지 계속 busy-waiting하다가,
idle이라면 일정 단위(Time slot)만큼 대기하며 p의 확률로 전송

CSMA/CD

CSMA/CD는 일단 데이터를 보내고 충돌이난다면 그제서야 랜덤한 시간을 기다리는 방식이다. 그래서 빠르다는 장점이 있지만, 충돌이 자주난다는 단점이 있다.
Ethernet(802.3)에서 사용하는 방식으로 아래의 과정을 거쳐서 전송을 하게 된다.

1. Persistent method 중 하나의 방식을 선택
2. 전송을 했는데 충돌이 발생하지 않았다면 성공, 오지 않았다면 jamming 발생
3. 시도횟수 K = K + 1
4. K > Kmax(대체로 15)라면 Abort, 아니라면 랜덤시간 대기후 1로 이동

CSMA/CA

CSMA/CA 방식은 데이터를 전송하기 전에 많은 시간을 기다리고 전송하는 방식이다. 그래서 느리다는 단점이 있지만, 충돌이 거의 나지않는다는 장점이 있다.
Wifi(802.11)에서 사용하는 방식으로 아래의 과정을 거쳐서 전송을 하게 된다.

1. 채널이 사용중인지 확인
2. 채널이 Idle이라면 IFS 만큼 대기
3. 채널이 사용중인지 확인
4. 채널이 Idle이라면 랜덤회수 * 정해진만큼 대기
5. 데이터 전송
6. Time out 만큼 대기
7. ACK가 왔다면 성공, 오지않았다면 RTO(Recieve Time Out)
8. 시도횟수 K = K + 1
9. K > Kmax(대체로 15)라면 Abort, 아니라면 1로 이동