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マルチアクセス制御
第6章
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Science and Technology
6.1 ペイロード、スループッド、ネットワーク負荷率(1/2)
2
(1)ペイロード
(元の意味)運賃を支払い(ペイ)運べる最大負荷量
T1方式:伝送容量1,544Mbps、ペイロード1,536Mbps、オーバーヘッド8kbps
(2)トラヒック(Traffic volume)ネットワークを流れる情報の総容量
(3)スループット
送出されたパケットのうち、受信側に正常に到達したパケット総量
(4)ネットワーク負荷率
流れ込むパケット量(単位時間)/ペイロード速度
1が最大
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Science and Technology
6.1 ペイロード、スループッド、ネットワーク負荷率(2/2)
3
ヘッダ
ペイロード
制御用(実際には使えない)
ペイロード
×エラー
LOSS
トラヒック量(バイト)
In Outスループット=
OutIn
1ネットワーク負荷
遅延時間
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Science and Technology
スター型トポロジーと共有メディア型トポロジー
A
CE
D
BF
A CB ED DB FEDC
A
(1)スター型トポロジー (3)リング型トポロジー(2)バス型トポロジー
B
G
E
DC
A
F
H
(4)ツリー型トポロジー
図6.11:1通信1:n 通信共通メディア: shared media
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Science and Technology
スター配線(個別メディア)バス配線(共有メディア)
(1)スター型トポロジー (2)バス型トポロジー
結線
情報の流れ
図6.2
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Science and Technology
用語の理解6
WAN: Wide Area Network MAN: Metropolitan Area Network LAN: Local Area Network
マルチアクセス制御
MAC: Media Access Control
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Science and Technology
主要なマルチアクセス方式
CDMA:Code Division Multiple AccessTDMA:Time Division Multiple Access
FDMA:Frequency Division Multiple Access
アナログ携帯電話ケーブルモデム
第2世代携帯電話通信衛星
第3世代携帯電話
イーサネット CSMA/CD無線LAN(IEEE802.11) CSMA/CA
使用例
送信権巡回型
競合回避なしランダムアクセス型
アロハ(pure ALOHA)
スロットアロハ(slotted ALOHA)
ポーリング
送信権割り当てによる競合回避
送信権割り当てなし
符号分割マルチアクセスCDMA
チャネル割り当て型
時分割マルチアクセスTDMA
周波数分割多元アクセスFDMA
CSMA
トークンバス
トークンリング
競合回避ありランダムアクセス型
図6.3
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Science and Technology
6.3 ランダムアクセスプロトコル(1/3)8
(1)ALOHA方式(次のPPT)①衝突の検出②確率Pで再送 1-Pで1パケット長待機後再びPで再送③スループットが0.184
(2)スロットALOHA方式(次の次のPPT)①すべてのノードがパケットを送出する開始タイミングを同一(スロット)②上記ALOHA方式の①~②を実施③0.184×2=0.368
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Science and Technology
ALOHA方式におけるパケット衝突
時間
端末1
端末2
端末3
衝突によってバスが使用できない時間
パケット送出開始
パケット送出完了
パケット衝突発生
パケットA1
パケットB1
パケットC1
パケットA2
図6.4
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スロットALOHA
時間
端末1
端末2
端末3
パケットB1
パケットC1
パケットA1
パケット送出開始タイミング
パケットA2
タイムスロット
パケットB2
パケット衝突発生スロット
パケット衝突発生
図6.5
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6.3 ランダムアクセスプロトコル(2/3)11
(3)CSMA(Carrier sense multiple access)CSMA/CA (CSMA with collision avoidance)IEEE 802.11b, IEEE802.11g (無線LAN)
CSMA/CD (CSMA with collision detection)
(次のページの図で説明します)
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6.3 ランダムアクセスプロトコル(3/3)12
CSMA/CA
CSMA/CD
送信源
送信源
他のユーザ 終了
終了
キャリアセンス(他の人が使っているか否か?)
キャリアセンス
ランダムな時間
送出
他のユーザ
ランダムな時間
再送
Collision検出
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二項分布13
P 1総端末数
ある時間でn台のうちk台の端末が同時に送信する確率 ある時間に1台端末が送信
する確率
n台の端末あたりの送信率μ=np のほうが測定しやすい(総端末数がわからなくともいい)端末数nが多いと近似して確率をμを用いて表す=ポワソン分布
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ポアソン分布14
Ρ lim→
1
!
衝突数 n台あたりの送信確率
ポアソン分布は測定が容易で近似精度がよいため、よく用いられる
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Pure ALOHA方式のスループット計算15
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Slotted ALOHA方式のスループット計算16
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ALOHAとCSMAのスループット
0.01
1
1010.1 100
0.2
0.4
0
0.6
0.8
ネットワーク負荷
スループット
CSMA
Slotted ALOHA
ALOHA
図6.6
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主要LANとメディアアクセス制御方式
方式
トークンパッシング
FDDIイーサネット
無線LANトークンリング トークンバス 10BASE-X 100BASE-TX 100BASE-FX 1000BASE-X
仕様標準 IEEE802.5 IEEE802.4 ANSI NCITS T12 IEEE802.3 IEEE802.11
物理トポロジー リングスター型 バス型 二重リング型バス型/スター型
スター型 スター型 スター型 ―
伝送媒体同軸UTP 同軸
光ファイバUTP
同軸UTP UTP 光ファイバ
STP光ファイバ
―
最大伝送速度 4Mbps/16Mbps 10Mbps 100Mbps 10Mbps 100Mbps 100Mbps 1000Mbps 11Mbps(b)54Mbps(a, g)
アクセス制御方式
トークンパッシング・リング方式
トークンパッシング・バス方式
タイムド・トークン/アペンド・トー
クンCSMA/CD CSMA/CA
UTP:非シールドより対線、STP:シールドより対線CSMA/CD:Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection衝突検出型搬送波検知多重アクセス方式CSNA/ CA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance衝突回避型搬送波検知多重アクセス方式
表6.1
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Ethernet cable19
UTPは「Unshielded Twist Pair」STPは「Shielded Twist Pair」
UTP
STP
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トークン交換による単線鉄道の運行トークン
列車3進入待機
列車2トークン取得
列車2進入待機
列車1進行
列車1トークン返却
列車2進行
列車1待機
列車3トークン取得
列車1トークン取得
駅A 駅B
列車4進入待機
(4)
(1)
(3)
(5)
(2)
列車2トークン返却
図6.7
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Science and Technology
トークンリング(教科書参照)
A
CE
D
BF
⑥トークン送出
A
CE
D
BF
トークン
A
CE
D
BF
①E宛データ発生
②トークン取得
③E宛データ送出
A
CE
D
BF
⑤E宛データ消
去
④E宛データ取り込み
トークン
E宛データ
(1) (2) (3) (4)
図6.8
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Science and Technology
トークンバス
トークン
トークン トークン
①E宛データ発生
②トークン取得
③E宛データ送出
④E宛データ取り込み
⑤トークン送出
(1) (2) (3) (4)
A
B D
C E A
B D
C E A
B D
C E A
B D
C E
E宛データ
図6.9
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Science and Technology
トークンバスの論理リング
トークン
A
B D
C E
トークン
A
B D
C E
(1) トークンバスの物理的なトークンの流れ (2) トークンバスの論理的なトークンの流れ
図6.10
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Science and Technology
その他の競合制御24
(1)ポーリング
マスターノードがスレーブノード(複数)に対して、送信要求を問い合わせ、一定時間送出権を与える
(2)チャネル割り当て
プリアサイン
オンデマンド
FAMA: frequency division multiple accessTDMA: time division multiple accessCDMA: code division multiple access