Ethernet(2) - multiple access protocols

ALOHA와 CSMA 자세한 정리

ALOHA

ALOHA는 원래 무선 데이터 통신 시스템에서 개발된 프로토콜로, 네트워크에서 패킷 충돌을 해결하는 데 사용되었다. ALOHA에는 Pure ALOHA와 Slotted ALOHA 두 가지가 있다.

1. Pure ALOHA

frames in pure ALOHA

• 작동 방식: 노드는 데이터를 전송할 준비가 되면, 바로 전송. 이 방식은 특정한 시간 구획 없이 자유롭게 전송되므로 동기화가 필요 없다.
• 충돌: 다른 노드들이 동시에 데이터를 전송할 가능성이 높으며, 이로 인해 충돌이 발생할 수 있다.
• 효율성: 충돌 발생 시 데이터가 손실되므로, 재전송이 필요하다. 이로 인해 최대 효율성은 18%로 제한됨. (1/2e ≈ 0.18)

2. Slotted ALOHA - (클락에만 프레임 전송)

frames in Slotted ALOHA

• 작동 방식: Slotted ALOHA는 시간을 일정한 슬롯으로 나누어 노드들이 해당 슬롯에서만 데이터를 전송할 수 있도록 한다.
• 동기화: 모든 노드가 시간 슬롯에 동기화되어야 함.
• 충돌: 각 노드가 슬롯의 시작점에서만 데이터를 전송하므로, Pure ALOHA보다 충돌 가능성이 적다.
• 효율성: Slotted ALOHA의 최대 효율성은 37%로, Pure ALOHA보다 높은 성능을 가지고 있음. (최대 효율은 1/e ≈ 0.37)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA는 ALOHA 프로토콜을 개선한 방식으로, 네트워크에서 캐리어 신호를 감지하고, 채널이 비어 있을 때에만 데이터를 전송.

 

CSMA의 주요 원리:

1. 전송 전 감지: 노드는 데이터 전송 전에 채널이 비어 있는지 확인.
2. 채널 사용: 채널이 비어 있으면 데이터를 전송. 만약 채널이 사용 중이라면 전송을 지연하고 대기.
3. 충돌 발생: 노드 간의 신호 전파 지연으로 인해 충돌이 발생할 가능성이 여전히 존재.

1. CSMA/CD (Collision Detection)

• 충돌 탐지: CSMA/CD는 충돌이 발생하면 이를 탐지하고, 데이터 전송을 즉시 중단.
• 충돌 후 재전송: 충돌이 발생하면 노드는 랜덤 시간 동안 대기한 후 재전송을 시도.
• 효율성: CSMA/CD는 충돌 발생 후 즉시 전송을 중단하기 때문에 충돌로 인한 자원 낭비를 줄인다.

2. CSMA/CA (Collision Avoidance)

• 충돌 회피: CSMA/CA는 무선 네트워크에서 주로 사용되며, 충돌을 미리 예방하기 위해 송신 전에 채널을 예약하는 방식을 사용.
• RTS/CTS: 송신자는 RTS(Request to Send) 신호를 보내고, 수신자가 CTS(Clear to Send) 신호로 응답하여 충돌을 예방한다.

 

**CSMA/CD, CSMA/CA 잘 정리하고 외우기 ** - 이해 필요

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ALOHA와 CSMA의 비교

특징	ALOHA	CSMA/CD
충돌 관리	충돌 후 재전송	충돌 발생 즉시 중단
동기화 필요 여부	Slotted ALOHA에서만 필요	필요 없음
효율성	Pure ALOHA: 18%, Slotted ALOHA: 37%	더 높은 효율성 제공
사용 사례	무선 통신, 초기 네트워크	이더넷, 유선 LAN