3_Методы доступа к среде передачи.doc

Методы доступа к среде передачи

Если два устройства соединены друг с другом в варианте точка- точка, сетевые адаптеры работают в дуплексном режиме, то нет необходимости использования сложных правил передачи данных. Передающее устройство передает данные в любое нужное время. Но, если несколько устройств разделяют канал передачи (например, сеть с топологией «шина»), нужен метод, который позволит каждому из устройств передавать информацию без наложения на передачу другого устройства.

Метод доступа в канал (к среде передачи) – это правила (протокол), которые описывают, как устройства разделяют канал связи, как занимают канал и освобождают его. Метод доступа влияет на эффективную скорость передачи данных, то есть реальную пропускную способность сети.

Методы доступа к среде передачи можно разделить на 2 группы:

• вероятностные (соревнование)

• детерминированные (опрос, маркерный доступ – метод передачи права).

Вероятностные методы - Соревнование (contention)

При вероятностном доступе к общей среде передачи любое сетевое устройство пытается начать передачу, когда необходимо. Естественно, если два или более устройств передают одновременно, то происходит искажение передаваемых кадров – коллизия. Существуют протоколы, при использовании которых устройства прослушивают (проверяют, контролируют) сигнал в канале связи (несущую) до начала передачи, и определяют, можно передавать кадр в данный момент или следует отложить передачу во избежание коллизии. Такие протоколы имеют название CSMA (carrier sense multiple access, множественный доступ с контролем несущей). При этом существует два типа множественного доступа: с обнаружением коллизий CSMA/CD (/collision detection) (например, IEEE 802.3 Ethernet) и с предупреждением коллизий CSMA/CA (collision avoidance, или MACA, MACAW-for wirelss) (IEEE 802.11 Wi-Fi). В современных приложениях обычно CSMA/CA используется в неограниченных средах, а CSMA/CD в ограниченных средах. Физической топологией сети является звезда, логическая топология – шина.

Достоинством этих методов доступа является их простота, а недостатком то, что время доступа является случайной величиной (это методы случайного доступа) и сложно задать приоритеты устройствам для ускорения доступа. На рисунке ниже приведена временная диаграмма, иллюстрирующая метод доступа CSMA/CD в сети с равноправными устройствами.

Все подключенные к общей среде передачи (шине) устройства (рабочие станции) постоянно прослушивают канал, чтобы:

• определить состояние канала – занят он или свободен, если необходимо начать передачу;

• скопировать передаваемый кадр в приемный буфер, если этот кадр адресован данному устройству сети.

Станция может начать передачу кадра, если канал свободен. Если канал занят, передача кадра откладывается. Начав передачу, станция продолжает контролировать состояние канала, сравнивая вид отправленного сигнала с тем, который присутствует в канале связи. При обнаружении конфликта (коллизии) станции, участвующие в коллизии, должны прекратить передачу. Станция имеет право сделать следующую попытку передать кадр через случайный промежуток времени.

Конфликты являются нормальным, хотя и нежелательным явлением в сетях с множественным (коллективным) доступом к общей среде передачи.

Метод доступа CSMA/CD

При методе доступа CSMA/CA станция, которая желает начать передачу, сначала прослушивает среду передачи, затем посылает короткий служебный кадр «запрос на передачу»-RTS (request to send) и ожидает получения ответного кадра «разрешения передачи»-CTS (clear to send). Остальные станции сети должны услышать либо кадр RTS, либо кадр CTS, понять, что среда занята, и воздержаться от передачи.

Детерминированные методы - Опрос (polling)

При этом методе доступа одно устройство опрашивает и контролирует остальные устройства сети, выступая, как администратор доступа (master, controller). Обычно топологией сети является звезда или шина. Примером реализации может служить контроллер мейнфрейм, опрашивающий терминалы. В неограниченных средах метод частично используют протоколы семейства 802.16d (Wi-Max). При этом базовая станция выделяет каждому из устройств полосу частот для работы при входе в сеть (соревнование устройств имеет место только при первоначальном входе в сеть) и может задать приоритеты устройствам согласно выделяемой полосе. Достоинством такого метода доступа является предсказуемость минимального и максимального времени доступа, возможность присвоения приоритетов трафику.

Детерминированные методы - Передача маркера (token)

Классическая сеть с маркерным методом доступа имеет логическую топологию – кольцо. Каждая станция связана с предшествующей и последующей станцией в кольце и может принимать кадр только от предшествующей станции и передавать его соответственно только последующей станции. Для обеспечения доступа станций к физической среде по логическому кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения – маркер (token). Обычно он вырабатывается устройством сети с наименьшим адресом. Получение маркера предоставляет станции право на доступ к разделяемому ресурсу – среде передачи.

IEEE 802.5 метод доступа в канал

Получив маркер,

• станция WS обеспечивает его продвижение к следующей станции, если у нее нет данных для передачи.

• станция, которая имеет данные для передачи, изымает маркер, присоединяет его к своему блоку данных и передает кадр с данными следующей станции в кольце.

Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Сетевые адаптеры станций побитно ретранслируют проходящие данные. Когда кадр данных поступает к получателю (станции назначения), эта станция копирует кадр в приемный буфер и вставляет в него подтверждение приема и отправляет дальше по кольцу. Станция источник, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и генерирует новый маркер, чтобы обеспечить возможность передачи для других станций сети.

На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, остальные станции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, существует механизм его регенерации. Примером реализации этого метода доступа является сеть IEEE 802.5 Token Ring (Маркерное кольцо) со скоростью передачи 4 или 16 Мбит/с.

Достоинством маркерных методов доступа является предсказуемость времени передачи, множество возможностей по управлению трафиком. Недостатком является их сложность, так как каждое устройство в сети должно уметь делать все, иметь полную функциональность. Поэтому, устройства сети имеют сложное матобеспечение.

В современных высокоскоростных сетях используется комбинация возможностей описанных методов доступа (например, IEEE 802.3 Ethernet – CSMA/CD сети с дополнительными функциями управления 802.1).