Керування обміном у мережі з топологією «зірка»
Для топології «зірка» найбільше органічно підходить централізований метод керування, причому в даному випадку не занадто важливо, що знаходиться в центрі «зірки»: комп'ютер (центральний абонент), або ж спеціальний концентратор, керуючий обміном, але сам не приймаючий участі у ньому. Друга ситуація реалізована в мережі 100VGAnyLAN.
Найпростіший централізований метод полягає в наступному.
Абоненти, що бажають передати свій пакет (мають заявки на передачу), посилають центрові свої запити. Центр же надає їм право передачі пакета в порядку черговості, наприклад, по їх фізичному розташуванню по годинній стрілці. Після закінчення передачі пакета якимсь з абонентів право передавати пакет (по годинній стрілці) отримує найближчий абонент, що має заявку на передачу (рис. 17).
У цьому випадку вважається, що абоненти мають географічні пріоритети (по їх фізичному розташуванню). У кожен конкретний момент найвищим пріоритетом володіє наступний абонент, але в межах повного циклу опитування жоден з абонентів не має ніяких переваг перед іншими. Нікому не прийдеться чекати своєї черги занадто довго. Максимальна величина часу доступу для будь-якого абонента в цьому випадку буде дорівнювати сумарному часові передачі пакетів всіх абонентів мережі, крім даного. Для топології, показаної на (рис. 17), вона складе чотири тривалості пакета. Ніяких зіткнень пакетів при даному методі бути не може в принципі, тому що всі рішення про доступ приймаються в одному місці.
Рис. 17. Централізований метод керування обміном у мережі з топологією «зірка»
Можливий і інший принцип реалізації централізованого керування.
У цьому випадку центр посилає запити (керуючі пакети) по черзі всім периферійним абонентам. Той периферійний абонент, що хоче передавати (перший з опитаних) посилає відповідь (або ж відразу починає передачу). Надалі сеанс обміну проводиться саме з ним. Після закінчення цього сеансу центральний абонент продовжує опитування периферійних абонентів по колу. Якщо ж хоче передати центральний абонент, він передає без усякої черги тому, кому хоче.
Як у першому, так і в другому випадку ніяких конфліктів бути не може (усі рішення приймає єдиний центр, якому не з ким конфліктувати). Якщо всі абоненти дуже активні і заявки на передачу надходять інтенсивно, то усі вони будуть передавати строго по черзі. Але центр повинний бути винятково надійним, інакше може бути паралізованим весь обмін. Механізм керування не занадто гнучкий тому, що центр працює по жорстко заданому алгоритму. До того ж швидкість керування невисока. Адже навіть у випадку, коли увесь час передає тільки один абонент, йому все рівно приходиться чекати після кожного переданого пакета, поки центр опитає всіх інших абонентів.
Керування обміном у мережі з топологією «шина»
У принципі при топології «шина» можливо точно таке ж централізоване керування, як і у випадку зірки. При цьому один з абонентів («центральний») посилає всім іншим («периферійним») запити, з'ясовуючи, хто з них хоче передати, потім дозволяє передачу одному з абонентів. Після закінчення передачі абонент, що передавав, повідомляє «центрові», що він закінчив передачу, і «центр» знову починає опитування (рис. 18).
Рис. 18. Централізоване керування в мережі з топологією «шина»
Усі переваги і недоліки такого керування - ті ж самі, що й у випадку «зірки». Єдина відмінність полягає в тому, що центр тут не пересилає інформацію від одного абонента до іншого, як у топології «активна зірка», а тільки керує обміном.
О
-
46 - - 47 -
Існує безліч алгоритмів (сценаріїв) доступу, часом дуже складних. Їхній вибір залежить від швидкості передачі в мережі, від довжини шини, завантаженості мережі (інтенсивності обміну або трафіку мережі), від використовуваного коду передачі. Відзначимо, що іноді для керування доступом до шини використовується додаткова лінія зв'язку, що спрощує апаратуру контролерів і методи доступу, але звичайно помітно збільшує вартість мережі в цілому за рахунок подвоєння довжини кабелю і кількості приємопередатчиків. Тому дане рішення не має поширення.
Суть усіх випадкових методів керування обміном досить проста. Поки мережа зайнята, тобто по ній йде передача пакета, абонент, що бажає передавати, чекає звільнення мережі. Адже в противному випадку неминуче спотворяться і пропадуть обидва пакети. Після звільнення мережі абонент, що бажає передавати, починає свою передачу. Якщо одночасно з ним почали передачу ще кілька абонентів, то виникає колізія (конфлікт, зіткнення пакетів). Конфлікт цей детектується всіма абонентами, передача припиняється, і через якийсь час починається повторна спроба передачі. При цьому не виключені повторні колізії і нові спроби передати свій пакет. І так продовжується доти, поки пакет не буде переданий без колізій.
Існує кілька різновидів випадкових методів керування обміном. У деяких з них не всі передавальні абоненти розпізнають колізію, а тільки ті, котрі мають менші пріоритети. Абонент із максимальним пріоритетом із усіх, що почали передачу, закінчить передачу свого пакета без помилок. У деяких випадкових методах керування обміном кожен абонент починає свою передачу після звільнення мережі не відразу, а витримавши свою, строго індивідуальну затримку. Максимальним пріоритетом буде володіти абонент із мінімальною затримкою. Але хоча в обох випадках мається система пріоритетів, методи усе-таки відносяться до випадкових, тому що результат конкуренції неможливо передбачити.
Найчастіше система пріоритетів відсутня цілком, і після виявлення колізії абоненти вибирають затримку до наступної спроби передачі по випадковому закону. Саме так працює стандартний метод керування обміном CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), використовуваний у самій популярній мережі Ethernet. Його головна перевага в тім, що всі абоненти цілком рівноправні, і жоден з них не може надовго заблокувати обмін іншому (як у випадку наявності пріоритетів).
Всі подібні методи будуть добре працювати тільки при не занадто великій інтенсивності обміну по мережі. Вважається, що прийнятна якість зв'язку забезпечується тільки при навантаженні не вище 30-40% (тобто мережа зайнята не більш 30-40% усього часу). При більшому навантаженні стають занадто частими повторні зіткнення, і настає так називаний колапс, або крах мережі, що представляє собою різке падіння її продуктивності. Недолік усіх подібних методів ще й у тім, що вони не гарантують величину часу доступу до мережі, що залежить не тільки від вибору затримки між спробами передачі, але і від загальної завантаженості мережі. Тому, наприклад, у мережах, що виконують задачі керування устаткуванням (на виробництві, у наукових лабораторіях), де потрібна швидка реакція на зовнішні події, мережі з випадковими методами керування використовуються досить рідко.
При будь-якому випадковому методі керування обміном виникає питання про те, якою повинна бути мінімальна тривалість пакета, щоб колізію знайшли всі абоненти, що почали передавати. Адже сигнал по будь-якому фізичному середовищу поширюється не миттєво, і при великих розмірах мережі (при великому діаметрі мережі) затримка поширення може складати десятки і сотні мікросекунд, і інформацію про події, що одночасно відбуваються різні абоненти одержують не одночасно.
Зупинимося на тім, як мережні адаптери розпізнають колізію, тобто зіткнення пакетів. Адже просте порівняння переданої абонентом інформації з тієї, котра реально є присутнім у мережі, можливо тільки у випадку найпростішого коду NRZ, використовуваного досить рідко. При застосуванні коду Манчестер-II, що звичайно мається на увазі при виборі методу керування обміном CSMA/CD, потрібен принципово інший підхід.
Як уже відзначалося, сигнал у коді Манчестер-II завжди має постійну складову, рівну половині розмаху сигналу (якщо один із двох рівнів сигналу нульовий). Однак у випадку зіткнення двох і більш пакетів (колізії) це правило виконуватися не буде. Постійна складового сумарного сигналу в мережі буде обов'язково більше або менше половини розмаху (рис. 19). Адже пакети завжди відрізняються друг від друга і до того ж мають зсув друг щодо друга в часі. Саме по виходу рівня постійної складової за встановлені межі і визначає кожен мережний адаптер наявність колізії в мережі.
Р
-
48 - - 49 -