10

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

им. П.А. Соловьева

Кафедра ВС

Методы Доступа

Лабораторная работа по курсу

“ Сети ЭВМ и средства телекоммуникации”

Версия от 28.03.09

Рыбинск – 2000

1.Введение

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это группа компьютеров, расположенных в пределах некоторой ограниченной территории, которые совместно используют ресурсы. Одной из основных характеристик технологий построения локальных сетей является метод доступа. Метод доступа описывает принцип действия ЛВС. Метод доступа в ЛВС – способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций сети может следующей передавать свою информацию для использования ресурсов сети. Управление доступом к ресурсам для сетей связано с двумя нижними уровнями эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС/OSI) – физическим и канальным. Реализуется метод доступа на канальном уровне, а на физическом происходит передача данных.

2.Цель работы

Целью лабораторной работы является изучение методов доступа и исследование их характеристик.

3.Краткие теоретические сведения

Существует два способа организации доступа – управляемый доступ и случайный доступ.

При методе управляемого доступа каждая рабочая станция (т. е. компьютер, подключенный к сети) может передавать свои сообщения, лишь получив специальное разрешение. К управляемым методам доступа относится опрос и маркерный доступ. При опросе центральное устройство - ЦУ (концентратор) последовательно опрашивает все станции в пределах сети, давая тем самым разрешение на передачу информации лишь одной станции в определенный момент времени (этот метод используется в сетях с топологией «звезда»). Если станции не нужно передавать данные или использовать ресурсы сети, то центральное устройство опрашивает следующую станцию, т.е. дает ей разрешение. Одной из разновидностей метода опроса является метод Demand Priority, опрос рабочих станций сети происходит с учетом приоритетов передаваемых ими данных. В первую очередь ЦУ передает данные с высоким приоритетом.

Под топологией понимается расположение в сети узлов и связей между ними.

При маркерном доступе (чаще всего это используется в сетях с топологией «кольцо» и «звезда») для начала передачи станция должна получить специальный кадр, названный маркером. После этого станция может начать передачу данных, если ей это требуется. После того как данные поступают на приёмную станцию, передающая станция (по возращению данных к ней) удаляет данные из сети и передаёт маркер далее следующей станции, давая тем самым разрешение на передачу следующей станции. Если станции не нужно передавать данные, она просто передаёт маркер дальше следующей станции. Так маркер последовательно проходит через все станции, подключенные к данной локальной сети, давая тем самым разрешение на доступ к сети.

Существует также разновидность маркерного метода доступа – алгоритм раннего освобождения маркера. В отличие от маркерного метода здесь станция-источник не ждет возвращения данных по кольцу (или логическому кольцу), а сразу освобождает маркер (передает его следующей станции) после передачи последнего бита данных. После возвращения данных станция-источник удаляет их из кольца.

Управляемый доступ:

Достоинства:

1). Каждой станции гарантируется доступ к сети.

2). Не требуется специального подтверждения об успешности приёма сообщения.

Недостаток:

Меньшая производительность канала. Возможны простои станций из-за ожидания своей очереди.

При случайном доступе станция может начать попытку передачи данных в любое время, т. е. случайным образом. Однако, попытку передачи данных могут начать несколько пользователей (рабочих станций) одновременно, что приводит к конфликтам между ними. Известны различные алгоритмы для разрешения конфликтов (столкновений, коллизий).

Случайный доступ:

Достоинства:

1). Простота построения.

2). Большая производительность канала.

Недостатки:

1). Возможность возникновения коллизий (столкновений).

2). Необходимость специальных подтверждений об успешной передаче.

Существует несколько методов случайного доступа.

Техника случайного доступа впервые была применена исследователями Гавайского университета при создании радиосети, объединяющей большое количество географически разнесённых пользователей с центральной ЭВМ. Эта первая система была названа системой Алоха.

Методы случайного доступа являются полностью децентрализованными, т. е. необязательно наличие специального центрального устройства, контролирующего доступ станций к сети. Ограничения, накладываемые на время передачи сообщений, зависят от конкретно принятой стратегии доступа.

Рассмотрим простейшую систему связи интерактивных станций с центральной ЭВМ, в которой реализован метод чистой Алохи. В этом методе пользователь, желающий передать сообщение, делает это когда угодно. Столкновения (при передаче информации сразу несколькими станциями) распознаются центральной ЭВМ. Если станция, передавшая сообщение, не получает положительного подтверждения, то по истечении определенного времени она предпринимает попытки повторной передачи, следуя некоторому алгоритму, чтобы избежать новых столкновений.

Для определения параметров сети рассмотрим частный случай, когда все передаваемые сообщения имеют одинаковую длину m(сек), за право доступа состязаются N станций, каждая станция выдает в линию сообщений в секунду. Интенсивность нагрузки вновь поступающими сообщениями составляет

(1)

Канал не может передавать более сообщений в секунду, формулу (1) можно преобразовать к виду

(2)

Числитель этой дроби представляет скорость поступления сообщений в канал, а знаменатель – максимальную скорость их обработки. В этом случае S можно рассматривать как относительное использование канала.

Если поток сообщений, генерируемых одной станцией, описывается пуассоновским процессом, то полная интенсивность поступлений сообщений также описывается пуассоновским распределением с параметром . Полная нагрузка канала состоит из вновь передаваемых сообщений и сообщений передаваемых повторно. С некоторыми допущениями можно считать, что поток повторных сообщений также распределен по закону Пуассона. Это допущение справедливо, если случайное время задержки передачи повторных сообщений много больше длины одного сообщения m. Полная интенсивность нагрузки на канал со стороны одного терминала составляет . Фактическая интенсивность нагрузки может быть найдена по формуле

(3)

Рассмотрим типичное сообщение длительностью m(сек). Столкновение произойдет, если в процессе передачи первого сообщения появится еще хотя бы одно сообщение, и эти сообщения будут наложены друг на друга хотя бы в одной точке. Из рисунка 1 видно, что столкновение может произойти в промежутке времени 2m. Вероятность успешной передачи в точности равна вероятности того, что за время 2m не появится сообщение. Эта вероятность равна

(4)

О тношение S/G представляет долю сообщений, переданных успешно, и равно вероятности отсутствия столкновений.

(5)

S- нормированная производительность, отношение числа успешно переданных пакетов к пропускной способности канала 1/m.

G- нормированная пропущенная нагрузка, отношение общего числа сообщений, поступивших в канал, к пропускной способности канала.

Из формулы (5) легко получить зависимость S от G.

(6)

П ринято рассматривать S в качестве независимой переменной, а G -её функция. График функции G=F(S) имеет вид двузначной кривой. Найдем максимальное значение S:

=0 (7)

1-2G=0; ;

Подставив найденное значение G в формулу (6) найдем максимальное значение . Таким образом, схема чистой Алохи позволяет использовать канал не более чем на 18 %. При малой поступающей нагрузке вероятность столкновения мала, G S. С ростом интенсивности нагрузки относительное использование канала сначала возрастает, достигает своего максимального значения 0.18, затем уменьшается. Это явление объясняется возрастанием числа повторно передаваемых сообщений, что приводит к увеличению вероятности столкновений, росту нагрузки на канал. Из-за большого числа столкновений система теряет устойчивость, в канале возникает затор (пробка), когда ни одно сообщение не может быть передано успешно. Во многих применениях такая производительность может быть вполне достаточной. Рассмотрим пример, когда интерактивные терминалы посылают свои сообщения в центральное устройство. При пропускной способности канала 4800 бит/с, нагрузке со стороны одного терминала 5бит/с и нормированной нагрузке на канал S=10% система может обслуживать девяносто шесть пользователей.

Любая система передачи информации вносит некоторые задержки. Для оценки задержек необходимо определить стратегию повторных передач при возникновении столкновений. Повторные попытки передачи испорченных пакетов должны предприниматься в случайные моменты времени. Эти моменты равномерно распределены внутри некоторого заранее определенного промежутка времени. Пусть этот промежуток перекрывает время К канальных сообщений по m единиц в каждом.

Среднее время, требуемое для успешной передачи равно:

(8)

где Е- среднее число повторных попыток;

R- число интервалов времени необходимых для обнаружения столкновения;

G можно представить в виде нормированной суммы числа первичных передач и повторных передач, тогда G/S=1+E,и число повторных попыток можно найти по формуле:

(9)

Пусть в рассмотренном ранее примере длина одного сообщения составляет 1200 бит, тогда m=0.25 с, К=5, R=0 и система работает производительностью S=0.08, потребуется в среднем Е=0.25 повторных попыток передачи. При задержке распространения сигнала 80 мс полная задержка, включающая время передачи, составляет 440 мс. Такая задержка вполне приемлема при работе с интерактивным терминалом.

Максимально возможная производительность системы Алоха может быть удвоена с помощью разметки шкалы времени и разрешения пользователям начинать попытки передачи только в начале каждого временного интервала. Столкновения происходят, когда несколько станций пытаются начать передачу в один момент времени (в начале временного интервала). Такой метод называется системой синхронной Алохи (рис.3).

Если станция желает начать передавать информацию где-то в середине или конце (т.е. не в начале) временного интервала, то ей придётся отложить передачу до начала следующего интервала (рис.4)