Trong phần trước, mình đã giới thiệu giao thức phân hoạch kênh, giao thức truy cập ngẫu nhiên. Trong phần này mình sẽ tiếp tục nói về các giao thức để quản lý đa truy cập(Giao thức truy cập luân phiên và DOCSIS).

III. Multiple Access Links và Protocol(tiếp theo)

3. Giao thức truy cập luân phiên

Hai thuộc tính mong muốn của một giao thức đa truy cập là (1) khi chỉ có một node hoạt động, node hoạt động đó có băng thông là R bps, và (2) khi có M node hoạt động, thì mỗi node hoạt động có băng thông gần bằng R/M bps. Các giao thức ALOHA và CSMA có thuộc tính đầu tiên nhưng không có thuộc tính thứ hai. Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu phát triển một lớp giao thức khác - các giao thức luân phiên.

3.1 Giao thức polling

• Giao thức polling yêu cầu một trong các node được chỉ định làm node chính (master node). node chính sẽ thực hiện việc polling(bỏ phiếu) các node khác theo vòng tròn.
• Cụ thể, node chính đầu tiên gửi một thông điệp đến node 1, cho biết rằng nó (node 1) có thể truyền một số lượng tối đa các frame.
• Sau khi node 1 truyền một số frame, node chính thông báo cho node 2 rằng nó (node 2) có thể truyền một số lượng tối đa các frame.
• Node chính có thể xác định khi nào một node đã hoàn thành việc gửi frame bằng cách quan sát sự thiếu vắng tín hiệu trên kênh.
• Quy trình tiếp tục theo cách này, với node chính polling từng node theo cách tuần tự.

Ưu điểm của giao thức polling:

Loại bỏ xung đột thường gặp trong các giao thức phân quyền ngẫu nhiên, do đó đạt được hiệu quả cao hơn nhiều.

Nhược điểm của giao thức polling:

• Độ trễ polling: Thời gian cần thiết để thông báo cho một node rằng nó có thể truyền dữ liệu. Nếu chỉ một node hoạt động, node này sẽ truyền với tỷ lệ thấp hơn R bps, vì node chính phải polling các node không hoạt động lần lượt mỗi khi node hoạt động đã gửi xong số frame tối đa.
• Rủi ro khi node chính gặp sự cố: Nếu node chính gặp sự cố, toàn bộ kênh sẽ trở nên không hoạt động.

3.2 Giao thức Token-passing

• Giao thức token-passing không cần node chính.
• Một frame đặc biệt gọi là token được trao đổi giữa các node theo một thứ tự cố định. Ví dụ, node 1 có thể luôn gửi token cho node 2, node 2 có thể luôn gửi token cho node 3, và node N có thể luôn gửi token trở lại node 1.
• Khi một node nhận được token, nó giữ token nếu có frame cần truyền; ngược lại, nó ngay lập tức chuyển token cho node tiếp theo.
• Nếu node có frame để truyền khi nhận được token, nó gửi tối đa số frame và sau đó chuyển token cho node tiếp theo.

Ưu điểm của giao thức token-passing:

Phân quyền phi tập trung: Không cần node chính và rất hiệu quả trong việc phân phối băng thông.

Nhược điểm của giao thức token-passing:

• Sự cố với node: Ví dụ, nếu một node gặp sự cố, nó có thể làm sập toàn bộ kênh.
• Bỏ quên token: Nếu một node vô tình quên không phát hành token, một quy trình phục hồi phải được thực hiện để đưa token trở lại vào vòng lưu thông.

Những năm gần đây có các giao thức đã được update các bạn có thể tham khảo Fiber Distributed Data Interface - Wikipedia, và Token Ring - Wikipedia

4. DOCSIS(Data-Over-Cable Service Interface Specifications): mạng truy cập cáp

- Mạng cáp thường kết nối hàng nghìn modem cáp dân dụng với hệ thống kết thúc modem cáp (cable modem termination system-CMTS) tại đầu cuối mạng cáp.
- Data-Over-Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) quy định kiến trúc và các giao thức của mạng dữ liệu cáp.
- DOCSIS sử dụng FDM để chia đoạn mạng downstream (từ CMTS đến modem) và đoạn upstream (từ modem đến CMTS) thành nhiều kênh tần số khác nhau.

• Downstream: mỗi kênh có băng thông từ 24 MHz đến 192 MHz, với thông lượng tối đa khoảng 1.6 Gbps mỗi kênh.
• Upstream: Mỗi kênh có băng thông từ 6.4 MHz đến 96 MHz, với thông lượng tối đa khoảng 1 Gbps.

- Mỗi kênh downstream và upstream là một kênh phát sóng.
- Các frame truyền trên kênh downstream bởi CMTS được nhận bởi tất cả các modem cáp nhận kênh đó; vì chỉ có một CMTS truyền vào kênh downstream, không có vấn đề phân quyền nhiều truy cập ở đây.
- Nhiều modem cáp chia sẻ cùng một kênh upstream (tần số) đến CMTS, và do đó, có thể xảy ra va chạm.

Giao thức phân quyền trong kênh upstream
- Mỗi kênh upstream được chia thành các time slot (tương tự như TDM),
- Mỗi chứa một chuỗi các mini-slot trong đó các modem cáp có thể truyền dữ liệu đến CMTS.
- CMTS cấp phép cho từng modem cáp truyền trong các mini-slot cụ thể.
- CMTS thực hiện điều này bằng cách gửi một thông điệp điều khiển gọi là MAP message trên downstream để chỉ định modem cáp nào (có dữ liệu cần gửi) có thể truyền trong mini-slot có trong time slot được chỉ định qua control message.
- Vì các mini-slot được phân bổ rõ ràng cho các modem cáp, CMTS có thể đảm bảo không có va chạm trong một mini-slot.
Nhưng làm thế nào CMTS biết được các modem cáp nào có dữ liệu để gửi ngay từ đầu?
- Điều này được thực hiện bằng cách yêu cầu các modem cáp gửi các frame yêu cầu mini-slot đến CMTS trong một tập hợp các mini-slot đặc biệt dành cho mục đích này.
- Các frame yêu cầu mini-slot được truyền theo cách ngẫu nhiên và do đó có thể xảy ra va chạm với nhau.
- Một modem cáp không thể lắng nghe liệu kênh upstream có bận không, cũng như không phát hiện va chạm.
- Thay vào đó, modem cáp suy luận rằng frame yêu cầu mini-slot của nó đã gặp va chạm nếu nó không nhận được phản hồi về phân bổ yêu cầu trong control message trên downstream tiếp theo.
- Khi suy luận về va chạm, modem cáp sử dụng binary exponential backoff để trì hoãn việc truyền lại frame yêu cầu mini-slot của nó đến một mini-slot trong tương lai.
- Khi có ít lưu lượng trên kênh upstream, một modem cáp có thể thực sự truyền các frame dữ liệu trong các mini-slot thường được chỉ định cho frame yêu cầu mini-slot (và do đó tránh phải chờ phân bổ mini-slot).
- Tóm lại:

• FDM: Được sử dụng để phân chia kênh downstream và upstream thành các kênh tần số.
• TDM: Được áp dụng trong việc phân chia thời gian trên kênh upstream thành các mini-slot.
• Downstream MAP frame : chỉ định các vị trí upstream.
• Yêu cầu đối với các slot upstream (và dữ liệu) được truyền truy cập ngẫu nhiên (thuật toán backoff nhị phân) trong các slot được chọn