7.1.5. Полудуплексный и полнодуплексный режим передачи. Берстность. Механизм управления потоками.
Еще одна важная особенность технологии Ethernet заключается в наличии в таких сетях двух возможных режимов передачи информации: полудуплесного и дуплексного (его также называют полнодуплесным). Полудупдексный режим передачи может оказаться малоэффективным, особенно в том случае, когда данные передаются в виде кадров малого размера (в этом случае используется поле PAD). Наличие поля PAD объективно уменьшает эффективность использования ресурса сети. Чтобы избежать необходимости использования поля PAD, в технологии было предложено использовать принцип берстности. Суть его состоит в том, что несколько пакетов малого размера накапливаются, образуя совокупность – берст. Тогда размер берста превосходит MSF, и поле PAD не используется. Например в технологии Gigabit Ethernet в одном берсте может передаваться до 8000 байт. Принцип передачи информации в этом случае представлен на рис. 7.6. Первый кадр передается как обычный кадр, затем без освобождения ресурса передается следующий и т. д. Между кадрами устанавливается защитный интервал GAP или IFG, составляющий минимальный размер 96 битов. IFG позволяет разделять кадры при передаче, но ресурс сети не освобождается до тех пор, пока не будет передан последний кадр берста. Такая схема передачи существенно повышает эффективность использования ресурса в случае полудуплексного режима передачи.
8192
bytes
first frame 96 bit valid frame
IFG: Interframe Gap
Max. Burst length: 8192 bytes, last frame still valid
Interframe gap: 96 bits
Рис. 7.6. Передача берстного трафика в полудуплексном режиме.
Выше уже отмечалось, что несмотря на все усилия и использование протокола CSMA/CD в технологии Ethernet имеют место коллизии. Больший уровень трафика приводит к большей вероятности возникновения коллизий. Отсюда, чем больше уровень использования ресурса сети, тем больше в ней возникает коллизий, так что сеть может стать неуправляемой, вплоть до полного коллапса. Тем не менее, существует метод полностью устраняющий саму возмодность коллизий – это использование полнодуплексного режима передачи (рис. 6.7). Полнодуплексный режим передачи предусматривает формирование канала передачи между каждым передатчиком и каждым приемником сети, в этом случае коллизии не могут возникнуть принципиально. Как следствие, для
полнодуплексного
режима передачи нет необходимости
использовать протокол C
Frame
Frame
Frame
96bit
Frame
Frame
Frame
RX
buffer
Tx buffer
gap
gap
Rx Tx
gap
gap
Tx buffer Tx Rx Rx buffer
Interface MAC Physical Interface MAC Physical
Рис. 7.7. Схема организации полнодуплексного режима передачи в сети Ethernet.
Часть алгоритма CSMA, отвечающая за формирование многопользовательского доступа к ресурсу, не нужна, т. к. ресурс всегда свободен.
Часть алгоритма CD, отвечающая за управление коллизиями, не нужна, т. к. в случае полнодуплексного режима передачи, коллизии не могут возникнуть.
Фактически сам принцип существования уровня МАС-адресации при полнодуплексном режиме оказывается более чем спорным, т. к. зачем нужна адресация канального уровня, если канал прямой и всегда свободен. Единственным фактором, ограничивающим производительность сети в этом режиме передачи, может быть максимальная длина канала передачи. Этот параметр определяется характеристиками передатчика.
С режимом полнодуплексной передачи связан механизм управления потоком. Рассматривая рис. 7.7, легко понять, что в системе передачи Ethernet может возникнуть сбой, если буфер приемника окажется переполненным. Чтобы избежать переполнения буфера на стороне приемника нужно оповестить передатчик и ограничить скорость передачи. Для выполнения этой функции в Ethernet был придуман протокол PAUSE, в котором приемник может послать запрос передатчику на прекращение передачи данных.
Протокол использует короткое сообщение, которое называется кадром PAUSE (рис. 7.8). Основным информационным наполнением кадра PAUSE является поле таймера (Timer), содержащее данные 512-битного таймера. Значение в поле таймера представляет собой размер задержки передачи. Получив кадр PAUSE, передатчик анализирует значение информационного поля таймера и приостанавливает передачу информации на указанное в поле время. В протоколе PAUSE имеется механизм запуска передачи. Кадр PAUSE, содержащий нулевое значение таймера считается командой на запуск передачи информации. Таким образом, если буфер приемника очищается и он вновь готов к приему информации, в протоколе можно запустить передачу информации, не дожидаясь запланированного времени задержки.
P
Pre
SDF
DA
SA
Length
Opcode
Timer
Reserved
FCS
7 1 6 6 2 2 2 42 4
Extension
Opcode: Indicates PAUSE frame, hexa value = 0001
Pause Time: time is requested to inhibit transmission
Рис.7.8. Структура кадра PAUSE.
Протокол PAUSE работает по принципу «точка – точка», поэтому в технологии Ethernet не допускается передача кадров этого протокола через сетевые элементы (мосты, коммутаторы и маршрутизаторы). С помощью протокола PAUSE в сети Ethernet при полнодуплексном режиме передачи осуществляется функция управления потоком данных на канальном уровне.