3. Метод случайного доступа к разделяемой среде.
Метод случайного доступа является одним из основных методов захвата разделяемой среды. Он основан на том, что узел, у которого есть кадр для передачи, пытается его отправить без предварительной процедуры согласования времени использования разделяемой среды с другими узлами среды.
Суть случайного доступа:
- компьютер может передавать данные по сети, только если она свободна, т.е. если никакой компьютер в данный момент времени не занимается обменом и электрические (или оптические) сигналы в среде отсутствуют;
- после того как компьютер убеждается, что среда свободна, он начинает передачу, захватывая среду;
- при попадании кадра в разделяемую среду все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр, каждый из которых анализирует адрес назначения, располагающегося в одном из начальных полей кадра;
- если адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера, таким образом компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.
Метод случайного доступа является децентрализованным, он не требует наличия в сети специального узла, который играл бы роль арбитра, регулирующего доступ к среде. Результатом этого является высокая вероятность коллизий, то есть случаев одновременной передачи кадра несколькими станциями. Во время коллизии происходит наложение сигналов нескольких передатчиков, из-за чего информация всех передаваемых на периоде коллизии кадров искажается. Поскольку в локальных сетях применяются достаточно простые методы кодирования, то они не позволяют выделить нужный сигнал из суммарного, как это, например, может делать технология CDMA.
Существует большое количество алгоритмов случайного доступа, которые снижают вероятность коллизий и тем самым повышают производительность сети. Например, существует класс· алгоритмов, которые разрешают начать передачу кадров только в начале очередного временного интервала, обычно называемого слотом. Впервые такое улучшение было предложено для сети ALOHA. В этой сети метод случайного доступа разрешает узлу передавать кадр в любой момент времени без всяких предварительных условий. Синхронизация передачи кадров с началом очередного слота позволила снизить вероятность коллизий в модифицированном алгоритме ALOHA по сравнению с первоначальным вариантом ALOHA в два раза, обеспечив нормальную работу сети с коэффициентом использования среды до 36 %.
Еще одним способом улучшения случайного доступа является введение процедуры прослушивания среды перед передачей. Узел не имеет права передавать кадр, если он обнаруживает, что среда уже занята передачей другого кадра. Это снижает вероятность коллизий (хотя и не исключает их).
Алгоритмы случайного доступа не гарантируют узлу, что он получит доступ к разделяемой среде в течение определенного времени. Какое бы большое время ожидания мы ни выбрали, всегда есть ненулевая вероятность, что реальное время ожидания превысит этот предел. Алгоритмы случайного доступа также не предоставляют никаких возможностей для дифференцированной поддержки характеристик QoS для разных типов трафика - все кадры получают одинаковый уровень доступа к среде.
Детерминированный доступ – доступ, при котором максимальное время ожидания доступа к среде всегда известно.
Алгоритмы детерминированного доступа используют два механизма - передачу токена и опрос.
Передача токена обычно реализуется децентрализовано. Токен – это кадр специального формата (или маркер). Каждый компьютер, получивший токен, имеет право на использование разделяемой среды в течение фиксированного промежутка времени - времени удерживания токена. В это время компьютер передает свои кадры. После истечения этого промежутка компьютер обязан передать токен другому компьютеру. Таким образом, если мы знаем количество компьютеров в сети, то максимальное время ожидания доступа равно произведению времени удержания токена на это число. Время ожидания может быть и меньше, поскольку, если компьютер, получивший токен, не имеет кадров для передачи, то он передает его следующему компьютеру, не дожидаясь истечения времени удержания. Последовательность передачи токена от компьютера к компьютеру может определяться разными способами.
В сетях Token Ring и FDDI она определяется топологией связей. Компьютер в кольце получает токен от предыдущего соседа, а передает токен следующему. Алгоритм передачи токена можно реализовать не только в кольце. Например, в прекратившей свое существование технологии ArcNet использовался общий коаксиальный кабель для физического подключения компьютеров, а в качестве метода доступа - передача токена. При этом токен передавался между компьютерами в заранее определенной последовательности, не зависящей от мест подключения компьютеров к кабелю.
Алгоритмы опроса чаще всего основаны на централизованной схеме. В сети существует выделенный узел, который играет роль арбитра в споре узлов за разделяемую среду. Арбитр периодически опрашивает остальные узлы сети, есть ли у них кадры для передачи. Собрав заявки на передачу, арбитр решает, какому узлу он предоставит право использования разделяемой среды. Затем он сообщает свое решение выбранному узлу, и тот передает свой кадр, захватывая разделяемую среду. После завершения передачи кадра фаза опроса повторяется.
Алгоритм опроса может быть также децентрализованным. В этом случае все узлы должны предварительно сообщить друг другу с помощью разделяемой среды свои потребности в передаче кадров. Затем на основе этой информации и в соответствии с определенным критерием каждый из узлов, желающих передать кадр, независимо от других узлов определяет свою очередь в последовательности передач.
Алгоритмы детерминированного доступа отличаются от алгоритмов случайного доступа тем, что они более эффективно работают при большой загрузке сети, когда коэффициент использования приближается к единице. В то же время при небольшой загрузке сети более эффективными являются алгоритмы случайного доступа, так как они позволяют передать кадр немедленно, не тратя время на процедуры определения права доступа к среде.
Достоинство детерминированных методов доступа также заключается в том, что они могут приоритезировать трафик, а значит, поддерживать требования QoS.