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マルチアクセス制御

第6章

ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

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


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


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


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


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


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


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


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


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



（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）



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


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


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


Pure ALOHA方式のスループット計算15


Slotted ALOHA方式のスループット計算16


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


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


Ethernet cable19

UTPは「Unshielded Twist Pair」STPは「Shielded Twist Pair」

UTP

STP


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



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


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


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


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


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

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