Организация моноканалов. Наиболее существенными аспектами организации каналов являются:

- конфигурация локальной вычислительной сети;

- способ доступа к каналу;

- протоколы управления физическим и информационным каналами;

Эффективность организации канала характеризуется следующими основными показателями:

- затратами оборудования в адаптере, зависящими от конфигурации ЛВС и протоколов канального уровня;

- пропускной способностью;

- средней задержкой передачи данных;

- надежностью, связанной, прежде всего, с сохранением работоспособности моноканала при отказах отдельных адаптеров и систем сети.

Значимость показателей эффективности зависит от того, для каких сетей они рассматриваются. Если это сети частных пользователей, то качество их работы будет зависеть от качества того оборудования, которое используется в работе, то есть от затрат на это оборудование (особенно на сетевые адаптеры), если это бортовые или производственные сети – качество работы определится тем, насколько надежно будет работать оборудование.

Управление работой моноканала может быть организованно либо централизовано (из одного узла), либо распределенным способом. Принцип распределенного управления обеспечивает более высокую надежность работы моноканала, так как выход из строя (отказ) какого-либо элемента управления сетью не ведет к отказу работоспособности сети в целом. Кроме того, распределенное управление сетью обеспечивает каждому участнику сети равные права на передачу данных.

Различают три основных способа доступа к моноканалу: свободный, управляемый и комбинированный доступ.

Свободный доступ с проверкой столкновений (СДПС). Этот способ, являющийся примером децентрализованного управления каналом, широко распространен и в настоящее время. Канал захватывается системой самостоятельно и в любой произвольный момент времени.

При этом неизбежны такие явления как столкновения сигналов в линии связи – канале, названные коллизиями (collision). Пример процесса возникновения коллизии в линии связи иллюстрируется рисунком 8.4.

Следует помнить, что сталкиваются на линии связи электрические сигналы, которые в результате явления интерференции (наложения) искажаются, но управление передачей в локальных сетях реализуется канальным уровнем ЭВМ, на котором данные организуются в форме кадров. В итоге, во время коллизий происходит искажение кадров. Для исключения этого явления и был найден способ предотвращения коллизий.

Приемопередатчик сетевого адаптера подключается с помощью соответствующих разъемов непосредственно к линии связи – моноканалу – витой паре или коаксиальному кабелю (рис. 8.5).

Для выявления столкновений своего и чужого сигналов в линии связи, используется схема сравнения, на выходе которой при несовпадении сигналов, поступающих на выход передатчика и одновременно на вход приемника, формируется сигнал о столкновении. чтобы изменение числа адаптеров, подключаемых к каналу не вызывало существенного изменения общей нагрузки. С целью электрической развязки приемопередатчика и остальной аппаратуры адаптера используются развязывающие элементы (РЭ) - трансформаторы или оптроны (пары из светодиодов и фотодиодов). Приемопередатчики должны обладать высоким сопротивлением по отношению к каналу, чтобы изменение числа адаптеров, подклю-

чаемых к каналу не вызывало существенного изменения общей нагрузки.

При обнаружении столкновения система (узел сети – компьютер) прекращает передачу кадров и через некоторое время повторяет ее снова. С целью уменьшения вероятности повторного столкновения передача начинается через случайный промежуток времени из промежутка 0 - , где - максимальная задержка повторной передачи. Явление возникновения столкновений приводит к уменьшению реальной пропускной способности канала.

Свободный доступ с проверкой несущей. Перед тем как начать передачу узел сети проверяет канал на наличие в нем сигналов, используемых для передачи данных - несущую частоту импульсных или потенциальных сигналов. Если канал свободен, адаптер узла сети начинает передачу данных, если канал занят, передача откладывается на время, равное времени передачи кадра по сети. При использовании этого метода доступа вероятность столкновений существенно меньше, так как точное совпадение начала передач двумя узлами очень мало. В результате, этот метод дает лучшие показатели пропускной способности сети.

Эстафетный доступ. При этом способе доступа (рис.8.6) сетевые адаптеры систем, подключенных к магистрали, связаны кольцевой цепью, по которой между адаптерами передается эстафета – сигнал, разрешающий доступ к моноканалу.

Адаптер, имеющий кадр для передачи по сети – каналу, - хранит его у себя до тех пор, пока не получит по цепи эстафеты разрешение на его передачу. Если у адаптера нет кадра для передачи, то, получив эстафетный сигнал, он передает его следующему адаптеру, а тот следующему (если ему сеть не нужна) и т.д. по кольцу. При этом почти полностью используется пропускная способность канала.

В кольцевых структурах локальных сетей эстафетой служит маркер, специально выделенный бит в заголовке кадра, последовательно передаваемый от одного узла сети к другому, по кольцу. И процесс доступа к каналу в кольцевой структуре с помощью маркера ничем не отличается от эстафетной системы доступа. Спецификой кольцевой структуры является факт получения своего же отправленного ранее какому-либо абоненту сети кадра с сообщением (данными). Факт получения кадра абонентом (адресатом) отмечается им установлением в 1 одного из битов в концевике кадра. Узел, отправивший кадр, и принявший его «в конце пути» сравнивает его с хранимым в памяти текстом, анализирует значение бита, свидетельствующее о том, что адресатом этот кадр получен и посылает маркер следующему узлу, который теперь имеет право на передачу в канал свих данных.

Функция формирования маркера в кольцевой сети может быть возложена на один из ее узлов и генерируется при первом запуске сети в работу. Потерю маркера, которая может произойти в результате воздействия на сеть каких-либо помех, узел - генератор маркёра устанавливает с помощью тайм-аута – промежутка времени, равного максимальной продолжительности передачи маркёра по кольцу и генерирует его повторно в автоматическом режиме или под управлением оператора сети.

8.3 Сетевые адаптеры

Сетевые адаптеры обеспечивают сопряжение ЭВМ локальной вычислительной сети любой структуры или, как говорят, топологии с линией связи, физическую передачу данных и управление ею на основании протоколов управления доступом, физическим и канальным уровнями. Структура адаптера представлена на рисунке 8.7.

Приемопередатчик согласует сигналы, формируемые адаптером, с физическими сигналами в канале – уровнями сигналов в витой паре, коаксиальном кабеле или в волоконно-оптической линии, этим и реализуется функция управления физическим каналом.

Сетевые адаптеры разрабатываются и изготавливаются для конкретных типов линий связи, то есть они являются конструктивно зависимыми от типа линии. В соответствии с этим разрабатываются и блоки управления доступом, заранее ориентированные на определенный его вид. Доступ реализуется путем выполнения соответствующего протокола через приемопередатчики. Блок управления передачей обеспечивает вывод на приемопередатчик последовательности битов кадра, а блок управления приемом анализирует поступившие в приемник кадры на предмет распознавания адреса. В случае его совпадения с адресом адаптера, передает кадр для дальнейшей его обработки. С ЭВМ адаптер связывается с помощью блока сопряжения, физически представляющего собой разъем соответствующей конструкции, обеспечивающей подключение к какой-либо шине компьютера.

В зависимости от структуры сети выбирается и схема подключения к ней сетевого адаптера. В сетях с магистральным каналом (с общей шиной) схемы подключения адаптеров соответствуют рисункам 8.5 или 8.7. Для сети с кольцевой структурой пример подключения приемопередатчика к каналу показан на рисунке 8.8. Линия связи канала, в качестве примера выбрана витая пара (может быть экранированная) с помощью соответствующего разъема подключается к входу приемника через разделительный элемент, препятствующий прохождению в приемник постоянной составляющей. Для правильной обработки принятых сигналов из них «извлекается»

(выделяется) вложенный при передаче синхросигнал. На выходе приемника формируются логические сигналы, представленные принятыми битами. Факт приема адаптером сигнала фиксируется установлением в 1 одного из битов в концевике кадра, на рисунке 8.8 эту функцию выполняет схема задержки битов. Транслируемый по сети кадр через селектор поступает в передатчик и далее в следующий сегмент сети. Селектор служит для управления работой передатчика, а также принимает подготовленные в своей ЭВМ данные, и переправляет их передатчику. В сети описываемой структуры приемопередатчик сетевого адаптера должен обеспечить трансляцию сигналов даже при выключенной ЭВМ, поэтому в сети имеется специальный источник питания, к которому подключаются только приемопередатчики сетевых адаптеров.

Отказ любого приемопередатчика в кольцевой сети приводит к нарушению работоспособности всей сети, в связи с этим принимаются специальные меры: устанавливаются обходные реле, замыкающие вход приемника на выход передатчика при отключении или отказе ЭВМ (сетевого адаптера), или дублируется кольцо. В этом случае адаптер снабжается двумя приемопередатчиками, и используются два кабеля – две линии связи.

Существенное влияние на организацию адаптеров оказывает способ обмена данными между адаптером и ЭВМ. Обмен может производиться напрямую – из оперативной памяти кадр с данными передается в адаптер, в виде последовательности слов, которые в адаптере преобразуются в последовательность битов. После передачи адаптером слова в канал, он снова обращается к оперативной памяти за следующим словом, и так до завершения передачи. При приеме данных в адаптере выполняется обратная процедура – последовательность битов преобразуется в слова, которые друг за другом сохраняются в заданной области оперативной памяти. Другой способ обмена организуется с использованием буферной памяти в адаптере. При передаче, данные из оперативной памяти помещаются в буфер, а после их обработки адаптером, передаются в канал. При приеме, после обработки адаптером, данные помещаются в буфер, а из него через интерфейс сопряжения с ЭВМ, пересылаются в оперативную память. Необходимость введения буферизации определяется соотношением между пропускной способностью канала связи (линии связи) и пропускной способностью интерфейса между адаптером и ЭВМ. Если пропускная способность интерфейса адаптер – ЭВМ меньше, адаптер должен быть снабжен буферной памятью. В противном случае необходимость в буферной памяти адаптера отсутствует.

Ррисунок 8.9 поможет проследить процессы управления передачей и приемом данных между каналом связи и ЭВМ.

П еред началом передачи данных, из ЭВМ в блок сопряжения с интерфейсом ЭВМ передается адрес памяти, по которому хранятся подготовленные к передаче по каналу данные, а также их объем в байтах. Блок сопряжения считывает из памяти первое слово и помещает его в буфер вывода адаптера. Из буфера слово передается дальше, в преобразователь, где слова преобразуются в последовательности бит. На этапе от ЭВМ до преобразователя слов в биты передача осуществляется в параллельном коде – это иллюстрируется на рисунке 8.9 широкими стрелками. Преобразователь преобразовывает параллельный код в последовательность бит. После освобождения буфера вывода в него загружается следующее слово данных из оперативной памяти. Передача кадра начинается с посылки в передатчик последовательности начала кадра, формируемой специальным генератором ПНК. Вслед за ней, через схему бит-стаффинга, обеспечивающую прозрачность физического канала, - в передатчик пересылаются последовательно слова данных до тех пор, пока не будет получен сигнал , формируемый счетчиком и свидетельствующий о том, что заказанный объем данных передан полностью.

Поясним процедуру работы схемы бит-стаффинга.

Для идентификации начала и конца кадра используются специальные коды, например байт 01111110, который может встретиться и в данных. Если не принять каких-то мер, то последовательность данных может быть принята за байт заголовка. Чтобы

этого не случилось, используется процедура обеспечения прозрачности канала – бит-стаффинг, заключающаяся в проверке в составе данных наличия такого же байта, что и в заголовке. При обнаружении такого байта после пятой единицы в данные вставляется 0. Байт данных принимает вид 01111100. При приеме данных шестой 0 удаляется, и данные опять принимают вид – 01111110.

В процессе передачи данных в передатчик, подсчитывается их сумма, называемая контрольной, так как по ее значению при приеме проверяется правильность передачи. Завершает процесс пересылка в передатчик последовательности конца кадра ПКК. Напомним, что объем одномоментной передачи данных, оформляется в формат кадра.

Управление приемом осуществляется следующим образом. Готовность адаптера определяется наличием в блоке сопряжения адреса памяти, по которому необходимо переслать принятые данные. После определения готовности приемником принимается начало кадра, которое пересылается в распознаватель последовательности начала кадра (ПНК) – сигнал свидетельствует о поступлении кадра в адаптер. Последующие биты, поступающие из приемника, обрабатываются схемой удаления бит-стаффинга и поступают в распознаватель адреса, где адрес из кадра сравнивается с собственным адресом адаптера. Факт совпадения адресов отмечается появлением сигнала , свидетельствующим о принадлежности кадра данному адаптеру. Принимаемые последовательные биты поступают в преобразователь последовательного кода в параллельный. Сформированное преобразователем слово передается в буфер ввода, из которого оно будет переслано в отведенную область оперативной памяти. Принимаемые биты обрабатываются генератором контрольной суммы и контролируются счетчиком. Счетчик фиксирует объем принятых данных и при обнаружении превышения вырабатывает сигнал . Этим же сигналом прерывается прием кадра недопустимой длины. Прием кадра и содержащихся в нем данных в оперативную память заканчивается при поступлении в адаптер последовательности конца кадра (ПКК), что отмечается сигналом . Блок сопряжения с интерфейсом ЭВМ формирует и передает в ЭВМ, также данные о состоянии адаптера, ходе выполнения процессов приема и передачи кадров.