2.5. Методы доступа и протоколы передачи данных в локальных сетях
В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Эти процедуры называют протоколами передачи данных. Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electronics Engineers-IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях — стандарты IЕЕЕ802. Для нашей страны представляют практический интерес стандарты IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных. Метод доступа – набор правил, которые определяют, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю.
Наиболее распространенные методы доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring реализованы соответственно на стандартах IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5. (Для простоты изложения далее используются названия методов доступа, а не стандартов.)
Метод доступа Ethernet. Этот метод, разработанный фирмой Xerox в 1975 г., обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.
Для данного метода доступа используется топология «общая шина». Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.
Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов). Перед началом передачи каждая рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу данных.
Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на короткое время. Для каждой станции его продолжительность своя. После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к снижению быстродействия сети только в том случае, когда работают 80-100 станций.
Метод доступа Arcnet. Этот метод доступа разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда». Один из компьютеров создает специальный маркер (специальное сообщение), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция должна передать сообщение, она, получив маркер, формирует пакет, дополненный адресами отправителя и назначения. Когда пакет доходит до станции назначения, сообщение «отцепляется» от маркера и передается станции.
Метод доступа Token Ring. Этот метод разработан фирмой IBM; он рассчитан па кольцевую топологию сети. Данный метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet при методе доступа Token Ring предусмотрена возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.
кс / сети / Лекция10_Методы доступа к среде передачи данных
При построении сетей необходимо определить методы или правила согласно которым рабочая станции, подключенные к сети смогут получать доступ к разделяемой среде передачи данных и соответственно праву на передачу. Методы доступа к среде делятся на централизованные и децентрализованные. В централ методах все управление дост Недостатки таких методов: неустойчивость к отказам центра, малая гибкость управления т к центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети. Достоинства центр методов: отсутствие конфликтов, т к центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту, которому не с кем конфликтовать.
В децентр методах центр управления отсутствует. Управление доступом в том числе предотвращение, обнаружение и разрешение конфликтов осуществляется всеми абонентами сети. Главные достоинства децентр методов: высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Однако в данном случае возможны конфликты которые необходимо разрешать. Децентр методы делятся на детерминированные и случайные. Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым осуществляется порядок предоставления доступа абонентам сети. Абоненты имеют определенную систему приоритетов, причем приоритеты различны для всех абонентов. Конфликты при этом практически полностью исключены. Случайные методы подразумевают произвольный, случайный порядок получения доступа к среде передачи, при этом возможность возникновения конфликтов подразумевается, но определены и способы их разрешения. Случайные методы не гарантируют абоненту время доступа, но зато они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена.
Существуют три способа предотвратить одновременную попытку использовать кабель, другими словами, три осн метода доступа к нему:
- множественный доступ с контролем несущей: с обнаружением коллизий и с предотвращением коллизий;
- доступ с передачей маркера;
- доступ по приоритету запроса;
27. Методы доступа к среде передачи: классификация
Методы доступа к среде передачи (media access method)делятся на конфликтные и неконфликтные.
Конфликтные методы доступа предполагают возможность конфликта (коллизии) – одновременной передачи по одной линии двумя или более компами
При этом методе доступа узел, желающий послать кадр в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия, попытка передачи отклады-вается на некоторое время. Основные разновидности:
CSMA/CA — множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий
CSMA/CD — множественный доступ с опознаванием несущей и обнаружением коллизий
2. При неконфликтном методе узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке. Последовательность определяется контроллером сети, который может быть централизованным (его функции может выполнять, например, сервер) или/и распреде-ленным (функции выполняются оборудованием всех узлов).
-доступ с передачей маркера (token passing), применяемый в сетях ARCnet, Token Ring, FDDI;
поллинг (polling) — опрос готовности, применяемый в больших машинах (mainframes) и технологии 100VG-AnyLAN, так же polling применяется в широкополосных беспроводных технологиях (WiMax, фирменные решения). Основное преимущество метода — ограниченное время прохождения кадра, мало зависящее от нагрузки.
28. Метод доступа к среде CSMA/CD. Этапы доступа к среде.
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения — это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).
Алгоритм работы: Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он начинает передачу кадра, одновременно контролируя состояние линии При обнаружении коллизии передача прекращается и повторная попытка откладывается на случайное время. Коллизии — нормальное, хотя и не очень частое явление для CSMA/CD. Их частота связана с количеством и активностью подключенных узлов. Нормально коллизии могут начинаться в определенном временном окне кадра, запоздалые коллизии сигнализируют об аппаратных неполадках в кабеле или узлах. Метод эффективнее, чем CSMA/CA, но требует более сложных и дорогих схем цепей доступа Применяется во многих сетевых архитектурах: Ethernet, EtherTalk (реализация Ethernet фирмы Apple), G-Net, IBM PC Network, AT&T StarLAN.
29. Csma/ca
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) — множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он посылает короткий сигнал запроса па передачу (RTS) и определенное время ожидает ответа (CTS) от адресата назначения. При отсутствии ответа (подразумевается возможность коллизии) попытка передачи откла¬дывается, при получении ответа в линию посылается кадр. При запросе на широковещательную передачу (RTS содержит адрес 255) CTS не ожидается. Метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на вышестоящих уровнях протокола Метод применяется в сети Apple LocalTalk, характерен простотой и низкой стоимостью цепей доступа.
Виды топологий. Методы доступа к среде передачи данных.
1. Топология – это способ организации связей между взаимодействующими узлами в сети.
Топология – это конфигурация графа, вершинами которого являются компьютеры и другое сетевое оборудование, а ребрами – связи между ними.
— физическая – определяет способ организации физических связей (подключений)
— логическая – описывает маршруты передачи данных по физическим соединениям.
1) полносвязная – каждый связан с каждым
«+» — гарантированное обеспечение связи между всеми устройствами
«-» — громоздкая и неэффективная
2) неполносвязная – в этом случае отдельные физические соединения убираются; требуются промежуточные узлы для передачи данных между всеми устройствами сети – транзитные узлы.
Виды неполносвязной топологии
Ячеистая – удаляем некоторые связи из полносвязной топологии, оставляем связи между устройствами, которые интенсивно обмениваются данными. Характерна для глобальной сети.
Общая шина – все устройства подключены к одному кабелю (коаксиальный)
— низкая надежность – любой дефект кабеля и вся сеть «неработоспособна»
— низкая производительность – в один момент времени может передавать данные только одно устройство
топология сети, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция принимает сигналы, переданные любой другой станцией, распознает предназначенные ей пакеты и имеет возможность проигнорировать к ней не относящиеся.
Звезда – имеет центральный транзитный узел, через который идет обмен данными между всеми устройствами
«+» — большая надежность по сравнению с общей шиной
«-» — «слабое звено» — это центральный транзитный узел
топология сети, в которой соединения между станциями или узлами сети устанавливаются через концентратор. Концентратор (hub) — функциональное устройство, входящее в состав оборудования узла вычислительной сети, которое обеспечивает передачу данных от большого количества источников по меньшему количеству каналов связи
Иерархическая топология – организует иерархию связей сети
Кольцевая – данные передаются по кольцу, как правило, в одном направлении от одного устройства к другому.
топология сети, все станции которой соединены только с двумя соседними. Все данные в этой сети передаются от одной станции к другой в одном направлении. Каждая станция работает как повторитель. Время отклика в кольце зависит от числа подключенных к нему станций — чем их больше, тем длительнее задержка передаваемых данных. Недостатком является и тот факт, что в случае выхода из строя одной из станций кольцо «разрывается». Однако большинство сетей, основанных на этой топологии, имеют средства автоматического восстановления работоспособности после отказа узла.
Смешанная топология – включает все виды топологий
Tree (network) — «Дерево»: топология сети с более чем двумя оконечными и, по крайней мере, двумя промежуточными узлами (концентраторами). В такой сети между любыми двумя узлами существует только один путь
Метод доступа к среде передачи данных
Определяет, каким образом разделяемый общий ресурс (физическая среда, кабель…) предоставляется узлам сети для осуществления передачи данных.
1.1) множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD)/ Узлы прослушивают кабель и ожидают, когда можно будет передавать данные (Ethernet)
1.2) множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA). Каждый узел перед передачей сигнализирует о своем намерении начать передачу данных (Wi-Fi сети).
Метод доступа определяется топологией.
CSMA/CD – общая шина, звезда (на основе Hub`а)
с передачей маркера – кольцевая топология
приоритет запроса – Ethernet сеть 100VG-Any LAN (802.12)