Protocoles d'accès multiple

Les protocoles d'accès multiple coordonnent la manière dont plusieurs nœuds partagent un unique canal de communication diffusé afin que leurs transmissions soient acheminées efficacement et équitablement sans se détruire mutuellement de manière permanente lors de collisions.

Definition

Un protocole d'accès multiple est un mécanisme de contrôle d'accès au support qui détermine comment les nœuds partageant un unique canal de diffusion décident quand transmettre, afin d'utiliser le canal efficacement tout en résolvant ou en évitant les collisions entre transmissions simultanées.

Scope

Ce sujet couvre les trois familles de protocoles de contrôle d'accès au support : les protocoles de partitionnement de canal (multiplexage par répartition dans le temps, en fréquence et par code) qui divisent statiquement le canal ; les protocoles à accès aléatoire (ALOHA, ALOHA à intervalles, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA) qui permettent aux nœuds de rivaliser pour l'accès et de se rétablir des collisions ; et les protocoles à tour de rôle (interrogation et passage de jeton) qui accordent l'accès séquentiellement. Il analyse leur efficacité, leur équité et leur comportement sous charge. Il exclut la commutation et le routage des couches supérieures qui opèrent au-dessus de l'accès à la liaison.

Core questions

• Quel problème les protocoles d'accès multiple résolvent-ils sur un canal de diffusion partagé ?
• En quoi les approches de partitionnement de canal, d'accès aléatoire et à tour de rôle diffèrent-elles ?
• Comment les variantes d'ALOHA et de CSMA détectent-elles ou évitent-elles les collisions et s'en rétablissent-elles ?
• Qu'est-ce qui détermine l'efficacité maximale d'un protocole à accès aléatoire ?
• Comment ces protocoles équilibrent-ils l'efficacité par rapport à l'équité et à la simplicité ?

Key concepts

• canal de diffusion
• collisions
• partitionnement de canal (TDMA, FDMA, CDMA)
• ALOHA et ALOHA à intervalles
• accès multiple par détection de porteuse (CSMA)
• CSMA/CD et CSMA/CA
• temporisation binaire exponentielle
• interrogation et passage de jeton
• efficacité du canal

Key theories

Accès aléatoire et récupération après collision

Les protocoles à accès aléatoire permettent aux nœuds de transmettre sans coordination et de se rétablir des collisions qui en résultent ; ALOHA et ALOHA à intervalles limitent l'efficacité, tandis que la détection de porteuse (CSMA) et la détection ou l'évitement de collisions réduisent le temps perdu sur les canaux occupés.

Partitionnement de canal

L'accès multiple par répartition dans le temps, en fréquence et par code divise un canal partagé en portions non chevauchantes attribuées aux nœuds, offrant un accès prévisible et sans collision qui est efficace sous une charge lourde et stable, mais inefficace lorsque seuls quelques nœuds sont actifs.

Protocoles à tour de rôle

Les schémas d'interrogation et de passage de jeton coordonnent l'accès en accordant le canal à un seul nœud à la fois, évitant les collisions et limitant le délai, au prix d'une surcharge d'interrogation ou d'une vulnérabilité à un jeton perdu ou à un coordinateur défaillant.

Clinical relevance

Les protocoles d'accès multiple régissent le fonctionnement des supports partagés en pratique : le CSMA/CD a façonné l'Ethernet classique, le CSMA/CA est à la base de chaque réseau Wi-Fi, et les schémas de partitionnement de canal tels que le TDMA et le CDMA sont essentiels aux systèmes cellulaires. Leurs propriétés d'efficacité et d'équité déterminent le débit et la latence sur tout support où les dispositifs se disputent un canal partagé.

History

Le système ALOHA, développé par Norman Abramson à l'Université d'Hawaï vers 1970, a introduit l'accès aléatoire sur un canal radio partagé et a inspiré l'analyse de l'ALOHA à intervalles. Metcalfe et Boggs ont adapté la détection de porteuse et la détection de collision à Ethernet en 1976. Les schémas de passage de jeton et d'interrogation ont été développés en parallèle, et les systèmes sans fil modernes combinent le partitionnement et l'accès basé sur la contention.

Key figures

• Norman Abramson
• Robert Metcalfe
• Leonard Kleinrock

Seminal works

• abramson1970
• metcalfe1976
• kurose2021

Frequently asked questions

Pourquoi les canaux partagés ont-ils besoin d'un protocole d'accès multiple ?

Sur un canal de diffusion, si deux nœuds transmettent en même temps, leurs signaux interfèrent et les deux trames sont généralement perdues (une collision). Un protocole d'accès multiple décide qui peut transmettre et quand, de sorte que le canal est utilisé de manière productive au lieu d'être gaspillé par des collisions répétées ou laissé inactif.

Quelle est la différence entre CSMA/CD et CSMA/CA ?

Les deux détectent le canal avant de transmettre. Le CSMA/CD, utilisé dans l'Ethernet filaire, détecte également les collisions pendant la transmission et l'interrompt immédiatement. Le CSMA/CA, utilisé en Wi-Fi, tente plutôt d'éviter les collisions à l'avance en utilisant une temporisation (backoff) et des accusés de réception, car un nœud sans fil ne peut généralement pas détecter de manière fiable une collision pendant l'envoi.