6. Методы доступа к моноканалу. Маркерный доступ в сети с кольцевой топологией.
Методы доступа к моноканалу. Устройства одного сегмента сети подключены к общей физической среде передачи данных или каналу передачи, который называется также моноканалом. Такое название указывает на возможность передачи без искажений по каналу в любой момент времени сообщения только от одной станции сети. Среда передачи в этом случае не имеет значения: регламентировать доступ станций к моноканалу необходимо как для проводных, так и для беспроводных линий связи.
Р егламентация коллективного доступа станций сети к моноканалу осуществляется специальными методами, которые обеспечивают поочередное и эффективное использование физической среды множеством станций сети. Эти методы называют методами доступа.
Существует большое число методов доступа (порядка тридцати), которые принято разделять на случайные и детерминированные. К основным детерминированным методам относят методы разделения времени (методы опроса), маркерные методы (передачи полномочий) и тактируемый доступ. К основным случайным методам доступа относятся множественный доступ с контролем несущей и множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов между кадрами. На рис. 4.1 отдельно выделены методы доступа, соответствующие им протоколы и ЛВС, которые реализованы на практике и которые Вы будете рассматривать на лекциях и в лабораторных работах.
Рассмотрим основные методы доступа, применяемые в ЛВС, а также особенности построения ЛВС, реализующих эти методы.
1.2.2. Маркерный доступ в кольцевой сети
Вы исследуете этот метод доступа и регламентирующий его протокол в лабораторной работе № 3 самостоятельно. На лекции мы пройдем лишь основные его особенности.
В кольцевой сети маркерный доступ реализуется следующим образом (рис. 5.2 КН, стр. 8 ).
При кольцевой топологии все станции физически соединены в единое кольцо и имеют свои локальные адреса (номера). Сообщения циркулируют в сети, по очереди переходя от одной станции к другой. Очередность станций определяется местом их нахождения в кольце. При маркерном методе доступа в такой сети циркулирует маркер. Это специальное сообщение генерируется либо одной выделенной станцией, называемой активным монитором, либо любой станцией, выигравшей соревнование на право быть активным монитором. Активный монитор не только генерирует маркер, но он также следит за корректным функционированием всей сети.
Итак, если у станции в кольце имеются данные, которые необходимо передать, она вынуждена ждать до тех пор, пока предшествующая станция не вышлет ей маркер (рис. 5.2, а).
Когда станция получает маркер, она, из-за особенностей топологии, на время удаляет его из кольца, помещает в приемный регистр и анализирует в специальном блоке его поля. Данных, которые необходимо передать, содержаться в буфере. Если принятый маркер предназначен не этой станции, то станция посылает его дальше по кольцу (рис. 5.2,б).
Если маркер предназначен этой станции, то станция изменяет не-
которые начальные поля маркера, вставляет после них данные для передачи и сформированные поля, завершающие кадр. Получившийся в передающем регистре кадр представляет собой уже кадр данных, который передается в сеть путем последовательного включения в кольцо передающего регистра (рис. 5.2, в).
Далее передающий регистр отключается от кольца, а станция ожидает возвращения отправленного им кадра. Первый же кадр, получаемый на приемной стороне, должен при нормальных условиях быть отправленным кадром. Поэтому первый полученный кадр считывается в приемный регистр для анализа (рис. 5.2, д). Затем станция формирует кадр маркера для следующей стации и передает его в кольцо. Принятый кадр данных (свой собственный) в сеть не передается и считается удаленным из кольца. После этого восстанавливается обычная цепь кольца.
Таким образом, поступающий в некоторую станцию поток данных всегда начинается кадром, отправленным этой же станцией. Любая станция сети ответственна за удаление своих кадров из кольца.
Нештатные ситуации в кольце с курсирующим маркером возникают при условии:
2) если отправитель не удаляет свой кадр из кольца;
3) если произошло дублирование маркера.
Первая ситуация может возникнуть в том случае, когда маркер удален какой-то станцией, передающей информацию, а затем не восстановлен по причине аппаратного сбоя, или маркер был поврежден и нераспознаваем.
Вторая ситуация возникает, когда произошла ошибка в станции-отправителе и поток поступающей информации не был отправлен в приемный буфер. Для устранения обоих ситуаций используется активный монитор, который генерирует для первого случая новый маркер, а для второго случая удаляет циркулирующий кадр из кольца.
Третья ситуация возможна, когда несколько станций генерируют новые маркеры одновременно. Эта проблема решается, если каждая из станций, передающих кадр, всегда будет уничтожать первые кадры, поступившие к ней из кольца, кроме своего кадра.
Метод маркерного доступа применяется в таких современных кольцевых сетях, как Token Ring, FDDI и 100VG-AnyLan. Сеть 100VG-AnyLan является разновидностью сети Fast Ethernet и для нее существует также стандарт с шинной топологией и маркерным методом доступа.
Про этот метод доступа прочитать в лабораторном практикуме.
7. Методы доступа к моноканалу. Маркерный доступ в сети с шинной топологией.
Методы доступа к моноканалу. Устройства одного сегмента сети подключены к общей физической среде передачи данных или каналу передачи, который называется также моноканалом. Такое название указывает на возможность передачи без искажений по каналу в любой момент времени сообщения только от одной станции сети. Среда передачи в этом случае не имеет значения: регламентировать доступ станций к моноканалу необходимо как для проводных, так и для беспроводных линий связи.
Р егламентация коллективного доступа станций сети к моноканалу осуществляется специальными методами, которые обеспечивают поочередное и эффективное использование физической среды множеством станций сети. Эти методы называют методами доступа.
Существует большое число методов доступа (порядка тридцати), которые принято разделять на случайные и детерминированные. К основным детерминированным методам относят методы разделения времени (методы опроса), маркерные методы (передачи полномочий) и тактируемый доступ. К основным случайным методам доступа относятся множественный доступ с контролем несущей и множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов между кадрами. На рис. 4.1 отдельно выделены методы доступа, соответствующие им протоколы и ЛВС, которые реализованы на практике и которые Вы будете рассматривать на лекциях и в лабораторных работах.
Рассмотрим основные методы доступа, применяемые в ЛВС, а также особенности построения ЛВС, реализующих эти методы.
1.2.1. Маркерный доступ в сети с шинной топологией
Вы исследуете этот метод доступа и регламентирующий его протокол в лабораторной работе № 2 самостоятельно. На лекции мы пройдем лишь основные его особенности.
Все станции, подключенные к шине, также имеют свой локальный адрес. Сообщения, передаваемые по сети, из-за особенностей топологии воспринимаются всеми станциями. Однако принимает сообщение только та станция, которой оно предназначено, т.е. адрес получателя в кадре должен совпасть с сетевым адресом станции.
В сети устанавливается очередность получения станциями права на передачу, которая формирует так называемое логическое кольцо. Для этого каждая станция сети должна знать адрес станции, от которой она получает маркер, и адрес станции, которой затем маркер отдает. Не все станции, подключенные к общей шине, могут входить в логическое кольцо.
М аркер создается специальной станцией, либо одной из подсоединенных станций (рис. 5.1). Появившись в шине, маркер посылается от каждой станции в заранее установленном порядке – от А к Е, от Е к Д и т.д. Если станция готова передать информацию, то она дожидается прихода маркера от предшествующей станции. Прежде чем отправить маркер следующей станции, данная станция сначала передает свой кадр, например от А к Д. Станция-получатель Д прочтет кадр обычным образом. Станция-отправитель А посылает затем в шину маркер, в адресном поле которого записан адрес следующей по порядку станции, например Е. Благодаря этому ни какие две станции не начнут передачу в одно и тоже время.
При маркерном методе доступа в ЛВС с шинной топологией возникают две проблемы:
2) корректная навигация маркера при изменении числа станций в сети.
Первая ситуация может возникнуть из-за неисправности станции, захватившей маркер. В этом случае передача в сети прекращается. Поэтому должна быть разработана процедура, генерации маркера спустя какой-то промежуток времени, в течение которого в сети не был передан ни один кадр.
Вторая проблема сопряжена с добавлением новых станций к сети и удалением каких-то станций из нее. Если станция удаляется, то маркер ей не должен посылаться, иначе он будет потерян. Такие станции просто исключаются из логической последовательности. При добавлении в сеть новой станции требуется, чтобы она передала широковещательное сообщение, запрашивающее посылку маркера в ее адрес. Вместе с маркером ей должен быть передан адрес следующей станции в логической последовательности.
В сетях, где присутствует какая-либо периодичность опроса станций (с маркерным методом доступа при любой топологии сети, тактируемым методом доступа), т.е. есть физическое или логическое кольцо, очень важными являются временные характеристики: время цикла опроса и латентный период сети. От этих характеристик зависит быстродействие всей сети.
Полное время цикла опроса складывается из чередующихся отрезков времени, содержащих две составляющие: это время, требуемое для выдачи станции разрешения на передачу, и время передачи кадров. Полное время цикла опроса определяется выражением:
где Li — время опроса i-й станции или латентное время станции; i — время передачи в сеть всех кадров i-й станции, где i=1,2. M.
Латентное время станции – это время «срабатывания» сетевой карты по приходу маркера или такта. Это время зависит от протокола (т.е. от метода доступа), типа сетевой карты (т.е. какие в ней используются микросхемы и как они взаимодействуют между собой) и от технологии изготовления микросхем (микронная, субмикронная …). Безусловно, необходимо стремиться выбирать сетевые карты с минимальным латентным временем.
Время цикла опроса является случайной величиной, т.к. оно зависит от нагрузки, т.е. числа сообщений, накапливаемых и передаваемых каждой станцией. Время, требуемое для выдачи станции маркера, и само время передачи маркера могут быть случайными величинами, т.к. время задержки сигнала на станции и кадров запроса в линии могут быть также случайными величинами.
Если принять фиксированной величину времени опроса станции и усреднить значения Li, то получим среднее время цикла опроса:
где TL – латентный период системы; и – соответственно среднее время, требуемое для выдачи i-й станции разрешения на передачу, и среднее время передачи сообщений i-й станцией.
Латентный период системы – это сумма задержек распространения сигнала по системе и латентного времени каждой станции. Латентный период системы представляет собой наименьшее время, требуемое для опроса всей системы, и указывает предельный минимум задержки доступа, который могут испытывать пользователи сети.
Исходя из латентного периода сети рассчитываются все временные ограничения (тайм-ауты) протокола.
Метод маркерного доступа применяется в таких современных сетях с шинной топологией, как Arcnet и 100VG-AnyLan. Для сети Arcnet в время распространенным является вариант со звездообразной топологией, хотя на практике эта сеть уже не используется.
Про этот метод доступа и сеть Arcnet прочитать в лабораторном практикуме.