Моноканал
Моноканал состоит из физической среды и группы СА . В качестве физической среды могут использоваться коаксиальный кабель , бифилярный провод ( витая пара проводов в экране ), волоконно — оптический кабель и радиоканал . Поясним это рисунками 46 и 47. 1. На рис . 46 представлен фрагмент моноканала , использующего коаксиальный кабель . Рис . 46 б ) На рис . 47 представлен фрагмент моноканала , использующего бифилярный провод .
Рис . 47 в ) Моноканал , применяющий волоконно — оптический кабель , использует его стеклянные жилы , через которые информация передается в виде световых сигналов . Для этого применяются оптические разъемы , специальные приемники и передатчики , фото — и светодиоды . На границе любой разновидности моноканала СА предоставляют точки интерфейса , к которым подключаются абонентские ЭВМ . Передача информации в моноканал осуществляется следующим образом : ЭВМ передает подготовительный пакет своему СА , который формирует кадр данных и преобразует полученные сигналы в такую форму , с которой взаимодействует физическая среда . Сигналы распространяются от источника по физической среде в обе стороны , достигая всех сетевых адаптеров , установленных в моноканале . Таким образом , кадр , посланный одной системой , получают все системы сети . Система , которой данный кадр адресован , передает его для обработки своей ЭВМ , а остальные системы этот кадр уничтожают . Адрес в кадре может быть индивидуальным , групповым и циркулярным .
Организация магистральных ЛС
Основой организации ЛС с использованием моноканала являются : 1. состав информационного моноканала . 2. способ доступа к каналу . 3. протоколы управления физическим и информационным каналами . Все они влияют на эффективность локальной сети , которая характеризуется затратами оборудования в СА , средней задержкой передачи данных , возможностью сохранения работоспособности ЛС при отказах отдельных СА и пропускной возможностью информационного моноканала . Например , из соображения надежности моноканалы ЛС строятся в основном по принципу самоуправления , когда для каждой системы канал является равнодоступным средством передачи данных . При распределенном управлении затраты оборудования больше , чем при самоуправлении . Поэтому для получения тех же характеристик надежности приходится дублировать аппаратуру в том или ином виде , что увеличивает стоимость локальной сети . 60
Способ доступа к каналу задается протоколом канального уровня и тоже влияет на надежностные характеристики ЛС . Различают три основных способа доступа к моноканалу : 1. Свободный ( самоуправляемый или случайный ) 2. Управляемый 3. Комбинированный При свободном доступе каждая из систем захватывает канал для передачи данных в произвольный момент времени . Если две системы одновременно начинаю передачу , то данные каждой из них искажаются , в результате чего подлежат повторной передаче , момент которой назначается для каждой системы по специальному алгоритму . Управляемый доступ основан на поочередном предоставлении системам разрешении на передачу данных . Комбинированный доступ основан на использовании свободного и управляемого доступов к каналу на разных фазах работы систем сети . В локальных сетях с магистральной структурой наиболее широко используется свободный доступ , а с кольцевой структурой – управляемый .
Свободный доступ с проверкой столкновений
При этом способе каждая система организует прием передаваемого ею кадра и сравнение данных приема и передачи ( рис . 48). Несовпадение этих данных называется столкновением . передача прием ≠ столкно — вение моноканал Рис . 48 Оно является сигналом для прекращения передачи данных . Повторение передачи искаженных данных начинается каждой из столкнувшихся систем через случайный достаточно большой интервал времени , разный для каждой системы . Промежуток времени , в течение которого могут столкнуться в канале кадры разных систем , называется периодом уязвимости информации . Если предположить , что в моноканале работает всего две системы , то в течение какого промежутка времени может произойти столкновение их кадров ?
Для способа свободного доступа с проверкой столкновения период уязвимости их информации равен двум длительностям передаваемых кадров ( рис . 49). t Рис . 49 Из — за столкновения реальная пропускная способность моноканала оказывается существенно меньше номинальной пропускной способности физического канала . Исследования показывают , что свободный доступ с проверкой столкновений позволяют использовать для передачи данных не более 18,4% пропускной способности физического канала , что приводит к значительным потерям эффективности локальной сети . Однако этот способ прост в реализации . Простота приводит к уменьшению количества электрорадиоэлементов сетевого адаптера и , следовательно , к повышению надежности ЛС в целом . Из — за этого свободный доступ с проверкой столкновений широко используется на практике , при этом различным образом совершенствуясь путем согласования интенсивности потока , генерируемого отдельными системами , с предельной пропускной способностью физического канала , а также за счет выбора времени задержки повторной передачи кадров .
Синхронный свободный доступ с проверкой столкновений
Для уменьшения периода уязвимости в этом способе работа систем синхронизируется , а именно всем системам дается разрешение на передачу в один и тот же момент времени . Период синхронизации систем выбран по времени равным длительности окна Т , т . е . длительности одного кадра . В результате этой синхронизации период уязвимости сокращается в два раза . Исследования показали , что способ позволяет использовать для передачи данных не более 36,8% пропускной способности физического канала , т . е . он в два раза лучше , чем предыдущий , но имеет большие затраты оборудования из — за внедрения генератора синхросигналов , линий для их доставки и резервирования аппаратуры . Все это приводит к некоторому ухудшению показателей надежности сети по сравнению с предыдущим способом , но полученный выигрыш покрывает эти затраты .
Базовые технологии локальных сетей
Для упрощения и удешевления аппаратных и программных средств в локальных сетях чаще всего применяются моноканалы, используемые совместно всеми компьютерами сети в режиме разделения времени (второе название моноканалов — разделяемые каналы). Классический пример моноканала — канал сети шинной топологии. Сети кольцевой топологии и радиальной топологии с пассивным центром также используют моноканалы, поскольку, несмотря на смежность каждого узла сети со своим сегментом сети, доступ к этим сегментам смежных узлов в произвольный момент времени не допустим. Эти сегменты используются только в едином целом совместно со всем разделяемым каналом всеми компьютерами сети по определенному алгоритму. Причем в каждый момент времени моноканал принадлежит только одному компьютеру. Данный подход позволяет упростить логику работы сети, так как отпадает необходимость контроля переполнения узлов пакетами от многих станций, решивших одновременно передать информацию. В глобальных сетях для этого контроля используются весьма сложные алгоритмы.
Но наличие только одного, разделяемого всеми абонентами канала передачи данных ограничивает пропускную способность системы. Поэтому в современных сетях стали все чаще использоваться коммуникационные устройства (мосты, маршрутизаторы), разделяющие общую сеть на подсети (сегменты), которые могут работать автономно, обмениваясь по мере надобности данными между собой. При этом протоколы управления в ЛВС остаются теми же самыми, которые применяются и в неразделяемых сетях.
Наибольшее развитие в локальных сетях получили протоколы двух нижних уровней управления модели OSL Причем в сетях, использующих моноканал, протоколы канального уровня делятся на два подуровня:
□ подуровень логической передачи данных — LLC (Logical Link Control);
□ подуровень управления доступом к сети — MAC (Media Access Control).
Подуровень логической передачи данных у большинства протоколов, в том числе и у семейства IEEE 802.x, включающего в себя основные протоколы ЛВС, один и тот же. (К основным протоколам ЛВС относятся: IEEE 802.2 — это протокол логической передачи данных LLC; МАС-протоколы доступа к сети: IEEE 802.3 — Ethernet — эти протоколы почти одинаковы; IEEE 802.4 — Token Bus, ШЕЕ 802.5 — Token Ring и т. д.) Повторим, что LLC построен на основе протокола HDLC и предоставляет верхним уровням OSI три вида процедур:
□ LLC1 — без установления соединения и без подтверждения;
□ LLC2 — с установлением соединения и с подтверждением;
□ LLC3 — без установления соединения и с подтверждением. Больший интерес представляют протоколы управления доступом MAC. Рассмотрим несколько встречающихся на практике методов доступа, а для наиболее распространенных будут приведены наименования их реализующих протоколов.
Методы доступа к каналам связи
Для локальных вычислительных сетей, использующих для передачи информации моноканал (monochannel — канал связи, одновременно используемый несколькими абонентами, например в сетях с шинной и петлевой топологиями и с радиальной топологией с пассивным центром), весьма актуальным является вопрос доступа клиентов к этому каналу. Чтобы сделать доступ эффективным, необходимы специальные механизмы — методы доступа. Методы доступа обеспечиваются протоколами на нижних уровнях модели OSI.
Для организации эффективного доступа к моноканалу используются принципы частотной или временной модуляции. Наибольшее применение в простых сетях получили принципы временной модуляции, то есть временного разделения сообщений, передаваемых по моноканалу.
Существуют несколько групп методов доступа, основанных на временном разделении:
□ централизованные и децентрализованные; Q детерминированные и случайные.
Централизованный доступ управляется из центра управления сетью, например от сервера. Децентрализованные методы доступа функционируют на основе протоколов, принятых к исполнению всеми рабочими станциями сети, без каких-либо управляющих воздействий со стороны центра.
Детерминированный доступ обеспечивает наиболее полное использование моноканала и описывается протоколами, дающими гарантию каждой рабочей станции на определенное время доступа к моноканалу. При случайном доступе обращения станций к моноканалу могут выполняться в любое время, но нет гарантий, что каждое такое обращение позволит реализовать эффективную передачу данных.
В случае централизованного доступа каждый клиент может получать доступ к моноканалу:
□ по заранее составленному расписанию — статическое разделение времени канала;
□ по схеме жесткой временной коммутации через определенные промежутки времени (например, через каждые 0,5 с), задаваемые электронным коммутатором — динамическое детерминированное разделение времени канала;
□ на основе гибкой временной коммутации, реализуемой в процессе выполняемого из центра сети опроса рабочих станций на предмет выяснения необходимости доступа — динамическое псевдослучайное разделение канального времени;
□ при получении полномочий в виде специального пакета-маркера.
Первые два метода не обеспечивают эффективную загрузку канала, так как при предоставлении доступа некоторые клиенты могут быть не готовы к передаче данных, и канал в течение выделенного им отрезка времени будет простаивать. Метод опроса используется в сетях с явно выраженным центром управления и иногда даже в сетях с раздельными абонентскими каналами связи (например-
в сетях с радиальной топологией для обеспечения доступа к ресурсам центрального сервера).
Метод передачи полномочий использует пакет, называемый маркером. Маркер — служебный пакет определенного формата, в который клиенты сети могут помещать свои информационные пакеты. Последовательность передачи маркера по сети от одной рабочей станции к другой задается сервером (управляющей станцией). Рабочая станция, имеющая данные для передачи, анализирует, свободен ли маркер. Если маркер свободен, станция помещает в него пакет (пакеты) своих данных, устанавливает в нем признак занятости и передает маркер дальше по сети. Станция, которой было адресовано сообщение (в пакете обязательно есть адресная часть), принимает его, сбрасывает признак занятости и отправляет маркер дальше. При этом методе доступа легко реализуется приоритетное обслуживание привилегированных абонентов. Данный метод доступа для сетей с шинной и радиальной топологий обеспечивается распространенным протоколом ARCnet корпорации Datapoint.
К децентрализованным детерминированным методам относятся: