Kolizja to podstawowe pojęcie w dziedzinie fizyki, informatyki i sieci. Ogólnie odnosi się do przypadków, gdy dwie lub więcej jednostek próbuje zająć tę samą przestrzeń w tym samym czasie. W sieciach komputerowych, zwłaszcza w kontekście serwerów proxy, kolizja odnosi się przede wszystkim do sytuacji, w której dwa urządzenia próbują jednocześnie wysłać pakiet danych przez sieć.
Pochodzenie i pierwsza wzmianka o zderzeniu
Pod względem naukowym koncepcja zderzenia wywodzi się z wczesnych badań fizyki klasycznej, gdzie reprezentuje ona interakcję między dwiema lub większą liczbą cząstek lub ciał. Jednak bardziej istotne pochodzenie kolizji w sieciach komputerowych pojawiło się wraz z pojawieniem się technologii Ethernet na początku lat siedemdziesiątych.
Ethernet wynaleziony przez Roberta Metcalfe'a i Xerox PARC wykorzystuje zasadę znaną jako wielokrotny dostęp z wykrywaniem nośnika z detekcją kolizji (CSMA/CD). Mechanizm ten pomógł regulować transmisję danych w sieci, umożliwiając wielu urządzeniom sprawdzanie, czy sieć jest zajęta przed próbą wysłania pakietów danych. Jeśli dwa urządzenia transmitowałyby jednocześnie, doszłoby do kolizji i każde urządzenie czekałoby przez losową ilość czasu przed ponowną próbą.
Zrozumienie kolizji: rozszerzenie tematu
W sieciach komputerowych do kolizji dochodzi, gdy urządzenia znajdujące się w tym samym segmencie sieci wysyłają jednocześnie pakiety danych. Kolizje mogą obniżyć wydajność sieci, ponieważ powodują utratę pakietów, co wymaga ich ponownego przesłania, powodując opóźnienia i zmniejszając wydajność transmisji danych.
Domena kolizyjna to segment sieci, w którym mogą wystąpić kolizje pakietów. W starszych sieciach Ethernet opartych na koncentratorach cała sieć była zazwyczaj pojedynczą domeną kolizyjną, co oznacza, że kolizja może mieć wpływ na wszystkie podłączone urządzenia. Jednak nowoczesne sieci Ethernet wykorzystujące przełączniki i routery mogą podzielić sieć na wiele mniejszych domen kolizyjnych, zmniejszając w ten sposób potencjalny wpływ kolizji.
Wewnętrzna struktura kolizji: jak działa kolizja
We współdzielonym medium sieciowym, takim jak Ethernet, gdy wiele urządzeń próbuje przesyłać pakiety danych w tym samym czasie, pakiety te zakłócają się nawzajem, powodując kolizję. Protokół CSMA/CD służy do wykrywania tych kolizji i sygnalizowania dotkniętym urządzeniom, aby przestały transmitować, odczekały losowy okres i następnie ponowiły próbę transmisji.
Wykrywanie i zarządzanie tymi kolizjami odbywa się automatycznie, jest obsługiwane przez sprzęt i protokoły sieciowe, niewidoczne dla użytkownika końcowego. Jednak w sieciach o dużym natężeniu ruchu częste kolizje mogą powodować zauważalne spowolnienie sieci.
Kluczowe cechy kolizji
- Utrata pakietów: W przypadku kolizji oryginalne pakiety danych, które były w transmisji, ulegają uszkodzeniu i zostają utracone.
- Retransmisja: po kolizji urządzenia muszą ponownie przesłać utracone pakiety, co może zmniejszyć wydajność sieci.
- Spadek wydajności sieci: Wysoka częstotliwość kolizji może prowadzić do zmniejszenia wydajności sieci, ponieważ znaczna część przepustowości sieci może zostać wykorzystana przez retransmisje.
- Domeny kolizyjne: Dzięki zastosowaniu nowoczesnych urządzeń sieciowych, takich jak przełączniki i routery, sieci można podzielić na wiele domen kolizyjnych, zmniejszając potencjalny wpływ kolizji.
Rodzaje kolizji
-
Kolizje oparte na rywalizacji: Występują, gdy dwa lub więcej węzłów próbuje transmitować w tym samym czasie w sieci współdzielonej. Jest to powszechne w sieciach bezprzewodowych.
-
Zderzenia oparte na odbiciach: Występują one na skutek niedopasowania impedancji w sieci, powodując odbicie sygnału i zderzenie z kolejnymi sygnałami.
| Typ | Przyczyna | Powszechne w |
|---|---|---|
| Oparte na rywalizacji | Transmisje symultaniczne | Sieci bezprzewodowe |
| Oparte na refleksji | Niedopasowanie impedancji | Sieci przewodowe |
Wykorzystanie kolizji: problemy i rozwiązania
Chociaż kolizje są ogólnie postrzegane jako problem w sieciach ze względu na ich zdolność do zmniejszania wydajności i szybkości, są one nieodłączną częścią współdzielonej architektury sieci, szczególnie w sieciach bezprzewodowych. Dlatego opracowano wiele protokołów sieciowych do wykrywania kolizji i zarządzania nimi, w tym CSMA/CD dla przewodowych sieci Ethernet i CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access z unikaniem kolizji) dla sieci bezprzewodowych.
Częste kolizje mogą jednak wskazywać na problemy, takie jak przeciążenie sieci, wadliwy sprzęt lub problemy z konfiguracją. Można je zazwyczaj rozwiązać, zwiększając przepustowość sieci, wymieniając lub naprawiając wadliwe urządzenia sieciowe lub dzieląc sieć na mniejsze domeny kolizyjne za pomocą przełączników lub routerów.
Kolizje i terminy pokrewne: analiza porównawcza
Chociaż kolizja jest powszechnym terminem w sieciach komputerowych, istnieją inne powiązane terminy, które mogą powodować zamieszanie:
| Termin | Definicja | Porównanie |
|---|---|---|
| Kolizja | Gdy dwa lub więcej urządzeń przesyła dane jednocześnie, powodując zakłócenia | Kolizje występują w warstwie fizycznej i mogą powodować utratę pakietów |
| Audycja | Metoda transmisji danych, podczas której dane są przesyłane do wszystkich urządzeń w sieci | W przeciwieństwie do kolizji, rozgłoszenia są zamierzoną formą transmisji danych |
| Utrata pakietów | Gdy pakiet danych nie dociera do miejsca przeznaczenia | Utrata pakietów może być spowodowana kolizjami, ale także innymi czynnikami, takimi jak przeciążenie sieci lub wadliwy sprzęt |
Perspektywy na przyszłość: kolizje i powstające technologie
Ponieważ technologia sieciowa stale ewoluuje, zarządzanie kolizjami pozostaje istotnym obszarem badań. Nowsze technologie sieciowe, takie jak multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) stosowane w sieciach komórkowych 4G i 5G oraz zaawansowane protokoły bezprzewodowe, takie jak WiFi 6 (802.11ax), zostały zaprojektowane tak, aby lepiej radzić sobie z kolizjami i poprawiać wydajność sieci, szczególnie w sytuacjach o dużym natężeniu ruchu.
Serwery kolizyjne i proxy
Serwery proxy pełnią rolę pośredników w przepływie ruchu internetowego. Akceptują żądania połączenia, przekazują je do serwera docelowego, a następnie zwracają dane pierwotnemu żądającemu. Biorąc pod uwagę ich rolę w zarządzaniu ruchem sieciowym, serwery proxy mogą również odgrywać rolę w zarządzaniu kolizjami.
W szczególności, konsolidując żądania i odpowiedzi, serwery proxy mogą pomóc w zmniejszeniu całkowitej liczby pakietów wysyłanych w sieci, co może zmniejszyć prawdopodobieństwo kolizji. Co więcej, niektóre zaawansowane serwery proxy mogą również implementować zasady kształtowania ruchu lub jakości usług (QoS), aby lepiej zarządzać ruchem sieciowym i łagodzić skutki kolizji.
powiązane linki
Więcej informacji na temat kolizji można znaleźć w następujących zasobach:
