8.3. Управление обменом в сети типа «шина»
В этой топологии, возможно точно такое же централизованное управление, как и в «звезде» (т. е. физическая сеть – «шина», но логическая – «звезда»). При этом один из абонентов «центральный» посылает всем остальным «периферийным» запросы, выясняя, кто хочет передать, затем разрешает передачу одному из них. После окончания передачи абонент сообщает «центру», что он закончил, и «центр» снова начинает опрос. Все Преимущества и недостатки такого управления – те же, что и в случае «звезды». Единственное отличие состоит в том, что центр здесь не перекачивает информацию от одного абонента к другому, как в «звезде», а только управляет доступом.
Однако гораздо чаще в «шине» реализуется децентрализованное управление, так как аппаратные средства абонентов одинаковы, т. е. осуществляется пассивная технология. При этом все абоненты также имеют равный доступ к сети, и решение, когда можно передавать, принимает каждый абонент на месте, исходя из анализа состояния сети. Возникает конкуренция между абонентами за захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними.
Существует множество алгоритмов доступа или, как еще говорят, сценариев доступа, часто очень сложных. Их выбор зависит от скорости передачи в сети, от длины шины, загруженности сети (интенсивности обмена или трафика сети). Рассмотрим некоторые методы доступа. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection, CSMA/CD, состязательный метод).
Компьютеры как бы «прослушивают» кабель, отсюда – контроль несущей. Чаще всего сразу несколько компьютеров в сети «хотят» передать данные, отсюда – множественный доступ. Передавая данные, компьютеры «прослушивают» кабель, чтобы, обнаружив коллизии, некоторое время переждать, а затем возобновить передачу; отсюда термин – обнаружение коллизий.
Остановимся более подробно на этом вопросе. На рис. 16 представлен процесс столкновения пакетов. В начальный момент времени Тх абонентская система В начала передавать информацию. В этот же момент абонентская система А прослушивает передающую среду, однако из-за конечного времени распределения сигнала ей не удается обнаружить сообщение, посылаемое абонентской системой В. В следующий момент времени Т2 абонентская система А начинает передавать информацию, в результате чего в момент времени Т3 сообщения сталкиваются. Дальнейшая передача сообщений теряет смысл. С целью своевременного обнаружения конфликтов абонентская система в процессе передачи информации постоянно контролирует передающую среду и при появлении столкновения прекращает передачу. Так, абонентская система А прекращает передачу в момент времени Т4, а абонентская система В – в момент Т5. Через некоторый промежуток времени после прекращения передачи, конфликтующие абонентские системы осуществляют повторную попытку передачи информации.
Рис. 16. Столкновение сообщений (коллизия)
Этот метод известен как состязательный метод, поскольку сетевые компьютеры «состязаются», конкурируют между собой за право передавать данные.
В силу ослабления сигнала при расстояниях свыше 2500 м механизм обнаружения коллизий CSMA/CD не эффективен. Коллизию можно не услышать и начать передавать данные, что приведет к разрушению пакетов данных. Однако заметим, что современные CSMA/CD настолько быстры, что пользователи даже не задумываются над тем, что применяется состязательный метод. В то же время сеть с методом доступа CSMA/CD, обслуживающая многих пользователей, которые работают с несколькими системами управления базами данных, может практически зависнуть из-за чрезмерного сетевого трафика.
Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiply Access with Collision Avoidance, CSMA/CA, избежание конфликтов)
Он не так популярен, как CSMA/CD или передача маркера. Метод состоит в том, что после освобождения сети всеми желающими передавать абонентами передается не пакет, а специальный сигнал, контролируя который они обнаруживают конфликты. В этом случае сталкиваются только эти сигналы, а не пакеты. Следовательно, каждый компьютер перед передачей данных в сеть сигнализирует о своем намерении, поэтому остальные компьютеры «узнают» о готовящейся передаче и могут избежать коллизии. Однако этот метод доступа работает медленнее и имеет меньшую пропускную способность.