3.4 Специальные методы доступа, позволяющие избегать коллизий
Рассмотрим, как можно избежать проблем столкновения пакетов при доступе РС в сеть. Для начала рассмотрим метод доступа на основе битовой маски (bit-map). Он чем-то напоминает маркерный метод доступа, но только маркер формируется динамически за счет дополнительных межпакетных интервалов.
Пусть к сетевому сегменту подключено N рабочих станций. После передачи любого пакета выделяется N временных интервалов. Каждой подключенной к сетевому сегменту машине ставится в соответствие один из этих интервалов длительностью L. Если машина имеет данные и готова начать передачу, она записывает в это интервал бит, равный 1. По завершении этих N интервалов, рабочие станции по очереди, определяемой номером приписанного интервала, передают свои пакеты (рис. 13).
Рис.
13 Схема реализации протокола доступа
к сети bit-map при N=8.
В примере на рис.13 сначала право передачи получают станции 0, 2 и 6, а в следующем цикле 2 и 5 (пересылаемые пакеты окрашены в серый цвет). Если рабочая станция захочет что-то передать, когда ее интервал (домен) уже прошел, ей придется ждать следующего цикла. По существу данный алгоритм является протоколом резервирования. Машина сообщает о своих намерениях до того, как начинает что-либо передавать. Чем больше ЭВМ подключено к сетевому сегменту, тем больше временных интервалов L должно быть зарезервировано и тем ниже эффективность сети.
Еще одним методом доступа, позволяющим избегать коллизий, является метод реализованный в сетях CAN (Controller Area Network — сеть контроллеров). Это стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. CAN разработан в середине 1980-х и в настоящее время широко распространён в промышленной автоматизации, технологиях «умного дома», автомобильной промышленности и многих других областях.
CAN использует метод доступа CSMA/CR (Collision Resolving — разрешение коллизии), который, в отличие от CSMA/CD, детерминировано (приоритетно) обеспечивает доступ на передачу сообщения, что особо ценно для промышленных сетей управления и сетей реального времени. Передача ведётся кадрами. Полезная информация в кадре состоит из идентификатора длиной 11 (или 29 бит) и поля данных длиной от 0 до 8 байт. Идентификатор говорит о содержимом пакета и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми узлами (рис.14).
Рис.
14 Формат кадра сетей CAN.
В сети CAN ни один из узлов не имеет адреса. Вместо этого сообщения посылаются "всем", но содержат идентификатор, который описывает смысл посылаемых данных. В соответствии с этим смыслом любой узел сети может принять это сообщение, если оно ему необходимо. Сообщение принимается узлом, если его идентификатор проходит через фильтр сообщений, имеющийся в каждом узле.
В сети CAN гарантируется, что сообщение будет принято любым из узлов в одно и то же время или не будет принято ни одним из них. Это достигается благодаря широковещательной передаче и использованным методом подтверждения приема сообщений. Когда сеть свободна, любой узел может начать передачу сообщения. Но каждое сообщение имеет свой приоритет при получении доступа к шине. Поэтому передачу может осуществить только одно устройство — то, которое содержит сообщение с наивысшим приоритетом.
Борьба за доступ к шине происходит следующим образом:
Если два или более устройств обнаружили, что линия свободна и начали передачу сообщений одновременно, то возникший конфликт разрешается путем побитного сравнения идентификатора передаваемого сообщения с состоянием линии.
В процессе арбитража (урегулирования конфликта) каждое устройство сравнивает логический уровень передаваемого бита с логическим уровнем на шине. Если эти уровни одинаковы, устройства продолжают передавать следующий бит идентификатора.
Если приемник устройства показывает, что на шине доминантный уровень, а передатчик в это же время передает рецессивный уровень, то устройство сразу прекращает передачу данного сообщения. Такой механизм арбитража гарантирует, что ни информация, ни время не будут потеряны.
Рис.
15. Контроль доступа к среде передачи
(побитовый арбитраж).
Поле арбитража CAN-кадра используется в CAN для разрешения коллизий доступа к шине методом не деструктивного арбитража (рис.15). Суть метода не деструктивного арбитража заключается в следующем. В случае, когда несколько контроллеров начинают одновременную передачу CAN кадра в сеть, каждый из них сравнивает, бит, который собирается передать на шину с битом, который пытается передать на шину конкурирующий контроллер. Если значения этих битов равны, оба контроллера передают следующий бит. И так происходит до тех пор, пока значения передаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер, который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал) будет продолжать передачу, а другой (другие) контроллер прервёт свою передачу до того времени, пока шина вновь не освободится. Конечно, если шина в данный момент занята, то контроллер не начнет передачу до момента её освобождения.
Вопросы:
Перечислите этапы работы метода множественного (коллективного) доступа с обнаружением несущей и избежанием коллизий.
В чём заключается метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизии?
Что такое коллизия? Какие существует подходы для организации множественного доступа?
Поясните построение и принцип работы топологий Звезда–шина (star-bus) и «звезда-кольцо».
В чём особенности топологии «Кольцо»?
Дайте определение активным концентраторам, пассивным концентраторам. Какие концентраторы называют гибридными?
В чём недостатки Топология типа «звезда»?
Топология «звезда» в чём достоинства?
Объясните работу топологии типа «шина».
Объясните понятие термина «топология сети», на что влияет выбор той или иной топологии?
Литература:
Основная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|