Çoklu Erişim Protokolleri
Çoklu erişim protokolleri, tek bir yayın iletişim kanalını paylaşan düğümlerin iletimlerinin, çarpışmalarda birbirlerini kalıcı olarak yok etmeden, verimli ve adil bir şekilde iletilmesini sağlamak üzere nasıl koordine edildiğini düzenlemektedir.
Tanım
Çoklu erişim protokolü, tek bir yayın kanalını paylaşan düğümlerin, eşzamanlı iletimler arasındaki çarpışmaları çözerek veya önleyerek kanalı verimli bir şekilde kullanmak amacıyla ne zaman iletim yapacaklarına nasıl karar verdiğini belirleyen bir ortam erişim kontrol mekanizmasıdır.
Kapsam
Bu konu, ortam erişim kontrol protokollerinin üç ana ailesini kapsamaktadır: kanalı statik olarak bölen kanal bölümlendirme protokolleri (zaman, frekans ve kod bölmeli çoğullama); düğümlerin rekabet etmesine ve çarpışmalardan kurtulmasına izin veren rastgele erişim protokolleri (ALOHA, slotted ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA); ve sırayla erişim izni veren sıra tabanlı protokoller (yoklama ve jeton geçirme). Bu protokollerin verimliliği, adilliği ve yük altındaki davranışları analiz edilmektedir. Bağlantı erişiminin üzerinde çalışan daha yüksek katman anahtarlama ve iletme işlemleri bu kapsamın dışındadır.
Temel sorular
- Çoklu erişim protokolleri, paylaşılan bir yayın kanalında hangi sorunu çözmektedir?
- Kanal bölümlendirme, rastgele erişim ve sıra tabanlı yaklaşımlar nasıl farklılık göstermektedir?
- ALOHA ve CSMA varyantları çarpışmaları nasıl tespit etmekte veya önlemekte ve bunlardan nasıl kurtulmaktadır?
- Bir rastgele erişim protokolünün maksimum verimliliğini ne belirlemektedir?
- Bu protokoller verimliliği adillik ve basitlikle nasıl dengelemektedir?
Anahtar kavramlar
- yayın kanalı
- çarpışmalar
- kanal bölümlendirme (TDMA, FDMA, CDMA)
- ALOHA ve slotted ALOHA
- taşıyıcı algılamalı çoklu erişim (CSMA)
- CSMA/CD ve CSMA/CA
- ikili üstel geri çekilme
- yoklama ve jeton geçirme
- kanal verimliliği
Temel kuramlar
- Rastgele erişim ve çarpışma kurtarma
- Rastgele erişim protokolleri, düğümlerin koordinasyon olmadan iletim yapmasına ve ortaya çıkan çarpışmalardan kurtulmasına izin vermektedir; ALOHA ve slotted ALOHA verimliliği sınırlamaktadır, taşıyıcı algılama (CSMA) ve çarpışma tespiti veya önleme ise meşgul kanallarda boşa harcanan zamanı azaltmaktadır.
- Kanal bölümlendirme
- Zaman, frekans ve kod bölmeli çoklu erişim, paylaşılan bir kanalı düğümlere atanan çakışmayan kısımlara bölmektedir; bu durum, yoğun ve sabit yük altında verimli olmakla birlikte, yalnızca birkaç düğüm aktif olduğunda israfa yol açan çarpışmasız, öngörülebilir erişim sağlamaktadır.
- Sıra tabanlı protokoller
- Yoklama ve jeton geçirme şemaları, kanalı her seferinde bir düğüme vererek erişimi koordine etmektedir; bu, çarpışmaları önlemekte ve gecikmeyi sınırlamaktadır, ancak yoklama ek yükü veya kayıp bir jetona ya da arızalı bir koordinatöre karşı savunmasızlık maliyetiyle birlikte gelmektedir.
Klinik önem
Çoklu erişim protokolleri, paylaşılan ortamların pratikte nasıl çalıştığını yönetmektedir: CSMA/CD klasik Ethernet'i şekillendirmiştir, CSMA/CA her Wi-Fi ağının temelini oluşturmaktadır ve TDMA ve CDMA gibi kanal bölümlendirme şemaları hücresel sistemler için merkezi öneme sahiptir. Verimlilik ve adillik özellikleri, cihazların paylaşılan bir kanal için rekabet ettiği her ortamda verim ve gecikmeyi belirlemektedir.
Tarihçe
Norman Abramson tarafından yaklaşık 1970 yılında Hawaii Üniversitesi'nde geliştirilen ALOHA sistemi, paylaşılan bir radyo kanalı üzerinden rastgele erişimi tanıtmış ve slotted ALOHA'nın analizine ilham vermiştir. Metcalfe ve Boggs, taşıyıcı algılama ve çarpışma tespitini 1976'da Ethernet'e uyarlamışlardır. Jeton geçirme ve yoklama şemaları paralel olarak geliştirilmiş ve modern kablosuz sistemler bölümlendirme ve çekişme tabanlı erişimi birleştirmektedir.
Öne çıkan isimler
- Norman Abramson
- Robert Metcalfe
- Leonard Kleinrock
İlgili konular
Temel eserler
- abramson1970
- metcalfe1976
- kurose2021
Sıkça sorulan sorular
- Paylaşılan kanalların neden çoklu erişim protokolüne ihtiyacı vardır?
- Bir yayın kanalında, iki düğüm aynı anda iletim yaparsa sinyalleri karışır ve her iki çerçeve de genellikle kaybolur (bir çarpışma). Çoklu erişim protokolü, kimin ne zaman iletim yapabileceğine karar vermektedir, böylece kanal, tekrarlanan çarpışmalarda boşa harcanmak veya boş kalmak yerine verimli bir şekilde kullanılmaktadır.
- CSMA/CD ve CSMA/CA arasındaki fark nedir?
- Her ikisi de iletim yapmadan önce kanalı algılamaktadır. Kablolu Ethernet'te kullanılan CSMA/CD, iletim sırasında çarpışmaları da tespit etmekte ve hemen durdurmaktadır. Wi-Fi'da kullanılan CSMA/CA ise bunun yerine geri çekilme ve onayları kullanarak çarpışmaları önceden önlemeye çalışmaktadır, çünkü kablosuz bir düğüm genellikle iletim yaparken bir çarpışmayı güvenilir bir şekilde tespit edememektedir.