Главная Контакты В избранное
  • Лекция " Общие принципы построения и функционирования ЛВС Методы доступа к среде: МДКН/ОК, МДКН/ПК"

    АвторАвтор: student  Опубликовано: 8-12-2020, 19:11  Комментариев: (0)
    Скачать: lk_5.zip [22,5 Kb] (cкачиваний: 2)  
     

    Тема 1. Общие принципы построения и функционирования ЛВС.

     

    Методы доступа к среде: МДКН/ОК, МДКН/ПК, маркерный доступ, тактируемый доступ, вставка регистра, методы разделения времени, доступ по приоритету запросов.

    Эффективность взаимодействия рабочих станций в рамках локальной компьютерной сети во многом определяется используемым правилом доступа к общей передающей среде в сетях с шинной и кольцевой топологии. Правило, с помощью которого организуется доступ рабочих станций к передающей среде, получило название метода доступа. Т.е., метод доступа – это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций может следующей использовать ресурсы сети. Но, кроме того, так же называется набор правил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направлять поток сообщений через сеть, а также один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.

    В силу большого разнообразия локальных сетей и требований к ним, нельзя назвать какой–либо универсальный метод доступа, эффективный во всех случаях. Каждый из известных методов доступа имеет определенные преимущества и недостатки.

    Классификация методов доступа:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


    В зависимости от используемого метода доступа локальные сети делятся на две группы. К первой группе относятся сети, в которых используются методы детерминированного доступа, ко второй – методы случайного доступа.

    Метод детерминированного доступа предполагает наличие определенного алгоритма, на основании которого рабочим станциям предоставляется доступ к передающей среде. Например, при централизованном управлении мониторная подсистема может последовательно опрашивать каждую из рабочих станций и предоставлять право передачи информации первой желающей рабочей станции. После этого будет опрашиваться следующая рабочая станция и так далее. Алгоритм предоставления передачи информации может быть достаточно гибким и учитывать приоритеты запросов на передачу и их интенсивность. Для нормального функционирования сети необходимо, чтобы она не находилась в режиме насыщения, т.е. нагрузка на сеть не должна превышать ее пропускную способность.

    Ко второй группе относятся методы случайного доступа, при использовании которых каждая рабочая станция произвольным образом, независимо от других систем, может обращаться к моноканалу. При методе случайного доступа возможно одновременное обращение нескольких рабочих станций к общей передающей среде, поэтому данный метод доступа часто называют методом множественного доступа.

    Рассмотрим каждый метод подробнее.

    Метод доступа разделения времени. Сущность метода заключается в том. Что в сети имеется устройство, выполняющие функции диспетчера. Его задачей является планирование времени распределения коллективно используемой физической среды. При планировании время работы сети делится на равные, либо неравные интервалы, по числу абонентов, предоставляемые станциям сети, с учетом приоритетов станций и времени, необходимого для их взаимодействия. Во время каждого интервала, в соответствии с принятым алгоритмом, через физическую среду передаются данные только одной из станций. Так диспетчер по очереди, с учетом приоритетов, предоставляет физическую среду различным станциям.

     

     

     

     

     

     


    При такой стратегии доступа станции последовательно одна за другой опрашиваются центральным устройством (ЦУ) на наличие у них сообщений для передачи. Станция, получившая разрешение, осуществляет передачу и по окончании ее уведомляет ЦУ о том, что передача закончена. Получив уведомление, ЦУ по своему списку посылает разрешение на передачу следующей станции. Станция, не имеющая сообщений для передачи, передает соответствующий ответ ЦУ. После того, как все М станции получат разрешение на передачу, цикл опроса завершается, а затем начинается новый цикл. В течение одного цикла некоторые станции могут опрашиваться более одного раза. Опрос может быть сделан адаптивным с учетом колебаний нагрузки или приоритетов станций.

    При синхронном разделении временные интервалы жестко закрепляются за абонентами, независимо от того есть ли у них данные для передачи. При асинхронном разделении времени временные интервалы выделяются по требованию только активным абонентам.

    Метод по приоритету запросов. Этот метод специально разработан для высокоскоростной сети AnyLAN и основан на том, что сеть состоит из интеллектуальных концентраторов, которые управляют доступом.

    Концентраторы опрашивают абонентов, выявляя запросы на передачу, и запросы на передачу обслуживаются с учетом приоритетов. Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. В сети AnyLAN используются два уровня приоритетов – низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т.п.), а высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющие, то есть станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.

    Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета. После анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор автоматически отправляет пакет станции назначения. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения опроса концентратором нижнего уровня. Концентратор в сети AnyLAN принимает от станций сети только один кадр, отправляет его на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией назначения, новые кадры концентратор не принимает. Т.о. сохраняется эффект разделяемой среды. Улучшается только безопасность сети, – кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

    Преимущества метода:

    1. Связь устанавливается только между источником и получателем через концентратор;

    2. Компьютер может одновременно передавать и принимать, т.к. в сети AnyLAN используется 4-е пары проводов.

    Метод «вставка регистра». Этот метод используется в кольцевых сетях. При реализации методов вставки регистра рабочая станция содержит регистр (Буфер), подключаемый параллельно к кольцу. Абонент может начинать передачу в любой момент времени. В регистр записывается кадр для передачи, и станция ожидает межкадрового промежутка в моноканале. С его появлением регистр включается в кольцо (до этого он был отключен от кольца), и содержимое регистра передается в линию. Если во время передачи станция получает кадр, он записывается в буфер и передается вслед за кадром, передаваемым этой станцией. Этот метод допускает «подсадку» в кольцо несколько кадров. Широкого распространения этот метод не получил.

    Маркерный метод. Метод передачи маркера широко используется в неприоритетных и приоритетных сетях с шинной, звездообразной и кольцевой топологией. Он относится к классу селективных методов: право на передачу данных станции получают в определенном порядке, задаваемом с помощью маркера, который представляет собой уникальную последовательность бит информации (уникальный кадр). Причем в сети обязательно должен быть компьютер, который следит за состоянием маркера. Магистральные сети, использующие этот метод, называются сетями типа «маркерная шина», а кольцевые сети – сетями типа «маркерное кольцо».

    В сетях типа «маркерная шина» доступ к каналу обеспечивается, таким образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается использование канала некольцевого типа (шинного, звездообразного).

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


    Право пользования каналом передается организованным путем. Маркер(управляющий кадр) содержит адресное поле, где записывается адрес станции, которой предоставляется право доступа в канал. Станция, получив маркер со своим адресом, имеет исключительное право на передачу данных (кадра) по физическому каналу. Маркер освобождается компьютером источника после того, как он убедится, что данные приняты правильно. После передачи кадра станция отправляет маркер другой станции, которая является очередной по установленному порядку владения правом на передачу. Каждой станции известен идентификатор следующей станции. Станции получают маркер в циклической последовательности, при этом в физической шине формируется так называемое логическое кольцо. Все станции «слушают» канал, но захватить канал для передачи данных может только та станция, которая указана в адресном поле маркера. Работая, в режиме прослушивания канала, принятьпереданный кадр может только та станция, адрес которой указан в поле адреса получателя этого кадра.

    В сетях типа «маркерная шина», помимо передачи маркера, решается проблема потери маркера из-за повреждения одного из узлов сети и реконфигурации логического кольца, когда в кольцо добавляется или из него удаляется один из узлов.

    Преимущества такого метода очевидны:

    1. Не требуется физического упорядочения подключенных к шине станций, так как с помощью механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок передачи маркера станции, т.е. с помощью этого механизма осуществляется упорядоченное использование канала станциями;

    2. Имеется возможность использования в загруженных сетях;

    3. Возможна передача кадров произвольной длины.

    Метод типа «маркерное кольцо» применяется в сетях с кольцевой топологией, которые относятся к типу сетей с последовательной конфигурацией, где широковещательный режим работы невозможен. В таких сетях сигналы распространяются через однонаправленные двухточечные пути между узлами. Узлы и однонаправленные звенья соединяются последовательно, образуя физическое кольцо.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


    а) маркер свободен б) маркер занят

     

    В отличие от сетей с шинной топологией, где узлы действуют только как передатчики или приемники, и отказ узла или удаление его из сети не влияет на передачу сигнала к другим сетям, здесь при распространении сигнала все узлы играют активную роль, участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации проходящих сигналов.

    Как и в предыдущем случае, в качестве маркера используется уникальная последовательность битов. Однако маркер не имеет адреса. Он снабжается полем занятости, в котором записывается один из кодов, обозначающих состояние маркера – свободное или занятое. Если не один из узлов сети не имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу, совершая однонаправленное (обычно против часовой стрелки) перемещение. В каждом узле маркер задерживается на время, необходимое для его приема, анализа (с целью установления занятости) и ретрансляции. В выполнении этих функций задействованы кольцевые интерфейсные устройства.

    Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен, и любая станция, имеющая данные для передачи, может его использовать. Получив свободный маркер, станция, готовая к передаче кадра с данными, меняет состояние маркера на «занятый», передает его дальше по кольцу и добавляет к нему кадр. Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель, удостоверившись по адресной части кадра, что именно ей он адресован, снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободный может только тот узел, который изменил его на «занятое». По возвращении занятого маркера с кадром данных к станции-отправителю, кадр удаляется из кольца, а состояние маркера меняется на свободное, после чего любой узел может захватить маркер и начать передачу данных.

    С целью предотвращения монополизации канала станция-отправитель не может повторно использовать возвращенный к ней маркер для передачи другого кадра данных. Если после передачи свободного маркера в кольцо он, совершив полный оборот, возвращается к станции-отправителю в таком же состоянии, (это означает, что все другие станции сети не нуждаются в передаче данных), станция может совершить передачу другого кадра.

    В кольцевой сети с передачей маркера также решается проблема потери маркера в результате ошибок при передаче или при сбоях в узле. Отсутствие передач в сети означает потерю маркера. Функции восстановления кольца в таких случаях выполняет сетевой мониторный узел.

    Преимущества сети «маркерное кольцо»:

    1. Имеется возможность проверки ошибок при передаче данных: станция-отправитель, получив свой кадр от станции-получателя, сверяет его с исходным вариантом кадра. В случае наличия ошибки кадр передается повторно;

    2. Канал используется полностью, его простои отсутствуют;

    3. Этот метод доступа может быть реализован в загруженных сетях;

    4. Имеется принципиальная возможность (и в некоторых сетях она реализована) осуществлять одновременную передачу несколькими станциями сети.

    Недостатки этого метода:

    1. Невозможность передачи кадров произвольной длины;

    2. В простейшем исполнении не предусматривается использование приоритетов, вследствие чего станция, имеющая для передачи важную информацию, вынуждена ждать освобождения маркера, что сопряжено с опасностью несвоевременной доставки данных адресату;

    3. Данный метод доступа целесообразно использовать только в локальных сетях с относительно небольшим количеством узлов, так как в противном случае время на передачу данных может оказаться неприемлемо большим;

    4. Снижается надежность управления (выход из строя «центра» приводит к полной дезорганизации обмена).

    Тактируемый метод доступа. Основное отличие этого метода от маркерного состоит в том, что нескольким абонентам разрешена передача одновременно и в любой момент (при маркерном методе всегда передает только один абонент). Вместо одного маркера в сети используются несколько так называемых слотов (обычно от 2 до 8), которые выполняют, по сути, ту же самую функцию, что и маркер – функцию временных меток. Эти слоты идут по «кольцу» довольно часто, временной интервал между ними невелик, и, поэтому между ними может уместиться немного информации (обычно от 8 до 32 байт). При этом каждый слот может находиться в свободном или занятом состоянии. Алгоритм доступа к сети, реализуемый при данном методе, включает в себя следующие этапы:

    1. Абонент, желающий передавать, разбивает свою информацию на слоты (маленькие пакеты) установленного размера;

    2. Затем он ждет прихода свободного слота и загружает его первой частью своей информации, потом ждет следующего свободного слота и помещает в него вторую часть, и так до полной передачи всего объема информации. В каждом слоте существует бит, определяющий, свободен или занят данный слот, поле сетевого адреса приемника адрес передатчика, а также бит признака конца передачи. Время при данном методе дискретизируется, и поэтому конфликты не происходят;

    3. Абонент, которому адресована информация, выбирает слоты. Содержащие адресованную ему информацию и устанавливает в принятом слоте бит подтверждения (еще одно поле слота). И так продолжается до последнего адресованного слота;

    4. Передающий абонент получает свои слоты обратно по «кольцу» и освобождает их (помечает как свободные). При этом он сразу же имеет подтверждение приема (из анализа бита подтверждения).

    Как и в случае маркерного метода, здесь нужен «центр», который следит за прохождением слотов и восстанавливает их в случае их исчезновения.

    Преимущество данного метода:

    1. Возможность одновременной передачи кадров несколькими абонентами;

    2. Время доступа при этом методе гарантировано.

    Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (МДКН/ОК). Идея метода состоит в том, чтобы уравнять в правах всех абонентов в любой возможной ситуации, то есть добиться, чтобы не было больших и малых фиксированных приоритетов. Для этого используются времена задержки, вычисляемые абонентом по определенному алгоритму.

    Суть метода состоит в следующем:

    1. Абонент, желающий передавать, следит за состоянием сети и в случае ее занятости ждет освобождения (это и называется контролем несущей, так как здесь обычно используется код Манчестер-II, и, следовательно, можно говорить о несущей частоте). Если сеть свободна, то передача начинается без всякого ожидания;

    2. После освобождения сети абонент сразу начинает передавать и одновременно контролирует состояние сети (это тот самый контроль столкновений или обнаружение коллизий). Если столкновений не обнаруживается, передача доводится до конца;

    3. Если столкновение обнаружено, то абонент усиливает его (передает еще некоторое время) для гарантии обнаружения всеми передающими абонентами, а затем отключается 9прекращает передачу. Точно так же поступают другие передававшие абоненты;

    4. После прекращения неудачной передачи абонент выдерживает случайно выбираемый промежуток времени, а затем повторяет свою попытку передать, при этом контролируя столкновения. Так как этот промежуток времени случайный, вероятность повторного столкновения пакетов будет довольно мала.

    В этом методе доступа допускаются конфликты и предусмотрен механизм разрешения конфликтов – повторная передача через некоторое случайное время. Коллизия возникает в результате соперничества за канал: станция В может передать свой кадр, не зная, что станция А уже захватила канал, поскольку от станции А к станции В сигнал распространяется за конечное время. В результате станция B, начав передачу, вошла в конфликт со станцией A. Каждая станция способна одновременно, и передавать данные, и «слушать» канал.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


    Важным аспектом коллизии является окно коллизий,представляющее собой интервал времени, необходимый для распространения сигнала по каналу и обнаружения его любой станцией сети. В худшем случае это время в два раза больше задержки распространения, так как сигнал, образовавшийся в результате коллизии, должен распространяться обратно к передающим станциям.

    Важнымв методе МДКН/ОК является то, что конфликт обнаруживается абонентом только во время передачи пакета. Если конфликт происходит после передачи пакета, то он относится к необнаруженному конфликту и воспринимается получателем как ошибочный пакет. Исправление ошибок осуществляется уже протоколом, т.е. на другом, уже более высоком уровне.

    Достоинства метода МДКН/ОК:

    1. Полное равноправие всех абонентов, т.е. ни один из них не может надолго захватить сеть;

    2. Достаточно надежен, т.к. в течение всего времени передачи пакета идет контроль столкновений;

    3. Простая реализация, легкость подключения и отключения станций, кроме того, при малой загрузке обеспечивается быстрый доступ к передающей среде;

    4. Нет необходимости в центральном управляющем органе сети.

    Недостатки метода МДКН/ОК:

    1. При больших нагрузках время ожидания доступа к передающей среде становится большим и меняется непредсказуемо, следовательно, не гарантируется обеспечение предельно допустимого времени доставки кадров;

    2. Не исключает повторения столкновений.

    Метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (МДКН/ПК). Суть метода состоит в том, что после освобождения сети всеми желающими передавать абонентами передается не пакет, а специальный сигнал, контролируя который, они обнаруживают конфликты. То есть сталкиваются только эти сигналы, а не пакеты, искажения которых критичны. Каждая станция сети, в которой реализуется такой метод доступа, имеет дополнительное устройство – таймер или арбитр. Это устройство определяет, когда станцияможет вести передачу без опасности коллизий. Главная станция для управления использованием канала не предусматривается.

    Установка времени на таймере, по истечении которого станция может вести передачу данных, осуществляется на приоритетной основе. Для станции с наивысшим приоритетом переполнение таймера наступает раньше. Если станция с высоким приоритетом не намерена вести передачу, канал будет находиться в состоянии покоя, т.е. свободен, и тогда следующая по приоритету станция может захватить канал.

    Сети с методом доступа МДКН/ПК могут использоваться в более загруженных и протяженных сетях.

    Достоинство:

    1. Уменьшение времени простоя канала.

    Недостаток:

    1. Усложнение оборудования системы.

    Типичными методами доступа к передающей среде в современных ЛВС являются:

    ·МДКН/ОК, иначе называемый методом доступа Ethernet;

    ·Маркерное кольцо (метод доступа Token Ring);

    ·Маркерная шина (метод доступа ArcNet).

    скачать dle 10.6фильмы бесплатно