Вычислительных сетей 12 Характеристика телекоммуникационных вычислительных сетей Телекоммуникационная вычислительная сеть (твс)
 Скачать 1.62 Mb.
|
|
К ППД типа «первичный/вторичный» без опроса, используемым в ТВС, относятся: • запрос передачи/разрешение передачи; • разрешить/запретить передачу; • множественный доступ с временным разделением. Первые два протокола реализуют селективные методы доступа к передающей среде, а третий — методы, основанные на резервировании времени. Общим для этих протоколов является то, что инициатива в подаче запроса на обслуживание принадлежит, как правило, вторичному органу, причем запрос подается первичному органу, если действительно имеется необходимость в передаче данных или в полу- чении данных от другого органа. Эффективность этого протокола по сравнению с ППД с опросом будет тем выше, чем в большей степени вторичные органы отличаются друг от друга по своей активности, т.е. по частоте подачи запросов на обслуживание. Протокол типа «запрос передачи/разрешение передачи» применяется довольно широко в полудуплексных каналах связи ЛВС, так как взаимосвязан с распространенным короткодистанционным физическим интерфейсом RS-232-C. В соответствии с этим протоколом организация передачи данных между терминалом (вторичным органом) и ЭВМ (первичным органом) производится в такой последовательности: выдача терминалом запроса на передачу — выдача ЭВМ сигнала разрешения на передачу терминалом — передача данных от терминала к ЭВМ — сброс сигнала машиной — прекращение передачи терминалом. Протокол типа «разрешить/запретить передачу» часто используется периферийными устройствами (печатающими устройствами, графопостроителями) для управления входящим в них трафиком. Главный орган (обычно ЭВМ) посылает данные в удаленный периферийный узел, скорость работы которого существенно меньше скорости работы ЭВМ и скорости передачи данных каналом. В связи с этим 16 возможно переполнение буферного ЗУ периферийного узла. Для предотвращения переполнения периферийный узел посылает к ЭВМ сигнал «передача выключена». Получив такой сигнал, ЭВМ прекращает передачу и сохраняет данные до тех пор, пока не получит сигнал «разрешить передачу», означающий, что периферийный узел готов принять новые данные, так как буферное ЗУ освободилось. Множественный доступ с временным разделением широко используется в спутниковых сетях связи. Главная (эталонная) станция принимает запросы от вторичных (подчиненных) станций на предоставление канала связи и, реализуя ту или иную дисциплину обслуживания запросов, определяет, какие именно станции и когда могут использовать канал в течение заданного промежутка времени, т.е. пре- доставляет каждой станции слот. Получив слот, вторичная станция осуществляет временную подстройку, чтобы произвести передачу данных за заданный слот. Одноранговые ППД разделяются на две группы: без приоритетов (в неприоритетных системах) и с учетом приоритетов (в приоритетных системах). Мультиплексная передача с временным разделением — наиболее простая равноранговая неприоритетная система, где реализуются методы доступа к передающей среде, основанные на резервировании времени. Здесь используется жесткое расписание работы абонентов: каждой станции выделяется интервал времени (слот) использования канала связи, и все интервалы распределяются поровну между станциями. Во время слота станция получает канал в свое полное распоряжение. Такой протокол отличается простотой в реализации и широко применяется в глобальных и локальных сетях. Недостатки протокола: • возможность неполного использования канала, когда станция, получив слот, не может загрузить канал полностью из-за отсутствия необходимого объема данных для передачи; • нежелательные задержки в передаче данных, когда станция, имеющая важную и срочную информацию, вынуждена ждать своего слота или когда выделенного слота недостаточно для передачи подготовленных данных и необходимо ждать следующего слота. Система с контролем несущей (с коллизиями) реализует метод случайного доступа к передающей среде (метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий, CSMA/CD — Саnеr Sense Maltiple Access with Collision Detection) и применяется в основном в локальных сетях. Все станции сети, будучи равноправными, перед началом передачи работают в режиме прослушивания канала. Если канал свободен, станция начинает передачу; если занят, — станция ожидает завершения передачи. Через некоторое случайное время она снова обращается к каналу. Поскольку сеть CSMA/CD является равноранговой, в результате соперничества за канал могут возникнуть коллизии: 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 В, начав передачу, вошла в конфликт со станцией А (коллизия со станцией А). Каждая станция способна одновременно и передавать данные, и «слушать» канал. При наложении двух сигналов в канале начинаются аномалии (в виде аномального изменения напряжения), которые обнаруживаются станциями, участвующими в коллизии. 17 Важным аспектом коллизии является окно коллизий, представляющее собой интервал времени, необходимый для распространения сигнала по каналу и обнаружения его любой станцией сети. В наихудших для одноканальной сети условиях время, необходимое для обнаружения столкновения сигналов (коллизии), в два раза больше задержки распространения, так как сигнал, образовавшийся в результате коллизии, должен распространяться обратно к передающим станциям. Чтобы окно коллизии было меньше, такой способ доступа целесообразно применять в сетях с небольшими расстояниями между станциями, т.е. в локальных сетях. Кроме того, вероятность появления коллизий возрастает с увеличением расстояния между станциями сети. Коллизия является нежелательным явлением, так как приводит к ошибкам в работе сети и поглощает много канального времени для ее обнаружения и ликвидации последствий. Поэтому желательно реализовать некоторый алгоритм, позволяющий либо избежать коллизий, либо минимизировать их последствия. В сети CSMA/CD эта проблема решается на уровне управления доступом к среде путем прекращения передачи кадра сразу же после обнаружения коллизии. При обработке коллизии компонент управления доступом к среде передающей станции выполняет две функции: • усиливает эффект коллизии путем передачи специальной после- довательности битов, называемой затором. Цель затора — сделать коллизию настолько продолжительной, чтобы ее смогли заметить все другие передающие станции, которые вовлечены в коллизию. В ЛВС CSMA/CD затор состоит по меньшей мере из 32 бит, но не более 48 бит. Ограничение длины затора сверху необходимо для того, чтобы станции ошибочно не приняли его за действительный кадр. Любой кадр длиной менее 64 байт считается фрагментом испорченного сообщения и игнорируется принимающими станциями сети; • после посылки затора прекращает передачу и планирует ее на более позднее время, определяемое на основе случайного выбора интервала ожидания. Системы с доступом в режиме соперничества реализуются достаточно просто и при малой загрузке обеспечивают быстрый доступ к передающей среде, а также позволяют легко подключать и отключать станции. Они обладают высокой живучестью, поскольку большинство ошибочных и неблагоприятных условий приводит либо к молчанию, либо к конфликту (а обе эти ситуации поддаются обработке) и, кроме того, нет необходимости в центральном управляющем органе сети. Их основной недостаток: при больших нагрузках время ожидания доступа к передающей среде становится большим и меняется непредсказуемо, следовательно, не гарантируется обеспечение предельно допустимого времени доставки кадров. Такие системы применяются в незагруженных локальных сетях с небольшим числом абонентских станций (с увеличением числа станций увеличивается вероятность возникновения конфликтных ситуаций). Метод передачи маркера широко используется в неприоритетных и приоритетных сетях с магистральной (шинной), звездообразной и кольцевой топологией. Он относится к классу селективных методов: право на передачу данных станции получают в определенном порядке, задаваемом с помощью маркера, 18 который представляет собой уникальную последовательность бит информации (уникальный кадр). Магистральные сети, использующие этот метод, называются сетями типа «маркерная шина», а кольцевые сети — сетями типа «маркерное кольцо». В сетях типа «маркерная шина» (рис. 12.5) доступ к каналу обеспечивается таким образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается использование канала некольцевого типа (шинного, звездообразного). Рис.12.5 Протокол типа «маркерная шина» 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. 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, принять переданный 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 доступа очевидны: • 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 упорядочение использования канала станциями; • имеется возможность использования в загруженных сетях; • возможна передача кадров произвольной длины. Протокол 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 19 распространяются через однонаправленные двухточечные пути между узлами. Узлы и однонаправленные звенья соединяются последовательно, образуя физическое кольцо (рис. 12.6). В отличие от сетей с шинной структурой, где узлы действуют только как передатчики или приемники и отказ узла или удаление его из сети не влияет на передачу сигнала к другим узлам, здесь при распространении сигнала все узлы играют активную роль, участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации приходящих сигналов. Рис. 12.6. Протокол типа «маркерное кольцо»: а — маркер свободен; б — маркер занят; М - маркер; К - кадр; КИУ — кольцевое интерфейсное устройство Как и в случае маркерной шины, в протоколе типа «маркерное кольцо» 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 ни один из узлов сети не имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу, совершая однонаправленное (обычно против часовой стрелки) перемещение (рис. 12.6, а). 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 (КИУ). Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен и что 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 (рис. 12.6, б). Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель, удостоверив- шись по адресной части кадра, что именно ей он адресован, снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободное может 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 20 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. Основные преимущества протокола типа «маркерное кольцо»: • 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; • канал используется полностью, его простои отсутствуют; • протокол может быть реализован в загруженных сетях; • имеется принципиальная возможность (и в некоторых сетях она реализована) осуществлять одновременную передачу несколькими станциями сети. Недостатки такого протокола: • невозможность передачи кадров произвольной длины; • в простейшем (описанном выше) исполнении не предусматривает- . ся использование приоритетов, вследствие чего станция, имеющая для передачи важную информацию, вынуждена ждать освобождения маркера, что сопряжено с опасностью несвоевременной доставки данных адресату; • протокол целесообразно использовать только в локальных сетях с относительно небольшим количеством узлов, так как в противном случае время на передачу данных может оказаться неприемлемо большим. Равноранговые приоритетные системы представлены тремя подходами, реализованными в приоритетных слотовых системах (в сиcтемах с приоритетами и временным квантованием), в системах с контролем несущей без коллизий и в системах с передачей маркера с приоритетами. Приоритетные слотовые системы подобны бесприоритетным системам, в которых осуществляется мультиплексная передача с временным разделением. Однако использование канала производится здесь на приоритетной основе. В качестве критериев для установления приоритетов применяются следующие: предшествующее владение слотом; время ответа, которое удовлетворяет станцию- отправителя; объем передаваемых данных (чем меньше объем, тем выше приоритет) и др. Приоритетные слотовые системы могут быть реализованы без главной станции, управляющей использованием слотов. Управление обеспечивается путем загрузки параметров приоритетов в каждой станции. Кроме возможности децентрализованного обслуживания, такие системы могут применяться в загруженных сетях. Недостатки протокола: данные должны передаваться строго определенной длины (в течение заданного слота они должны быть переданы); существует возможность простоя канала, присущая всем протоколам, которые реализуют методы доступа, основанные на резервировании времени. В системах с контролем несущей без коллизий, в отличие от аналогичных систем с коллизиями, используется специальная логика для предотвращения коллизий. Каждая станция сети, в которой реализуется такая система обслуживания 21 запросов, имеет дополнительное устройство — таймер или арбитр. Это устройство определяет, когда станция может вести передачу без опасности появления 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. Системы с контролем несущей без коллизий могут использоваться в более загруженных и протяженных сетях. Уменьшается также время простоя канала. Все это достигается за счет усложнения оборудования системы. Приоритетные системы с передачей маркера применяются обычно в кольцевых локальных сетях. Здесь преодолен недостаток, характерный для неприоритетных систем с передачей маркера. Каждой станции сети определен свой уровень приоритета, причем чем выше уровень приоритета, тем меньше его номер. Назначение приоритетной схемы состоит в том, чтобы дать возможность каждой станции зарезервировать использование канала для следующей пере- дачи по кольцу. Каждый узел анализирует перемещающийся по кольцу маркер, который содержит поле резервирования (ПР). Если собственный приоритет выше, чем значение приоритета в ПР маркера, станция увеличивает значение приоритета в ПР до своего уровня, резервируя тем самым маркер на следующий цикл. Если в данном цикле какой-то другой узел не увеличит еще больше значение уровня приоритета в ПР, этой станции разрешается использовать маркер и канал во время следующего цикла передачи по кольцу (за время цикла маркер совершает полный оборот по кольцу). Для того чтобы запросы на обслуживание со стороны станций с низким приоритетом не были потеряны, станция, захватившая маркер, должна запомнить предыдущее значение ПР в своем ЗУ. После «высвобождения» маркера, когда он завершит полный оборот по кольцу, станция восстанавливает предыдущий запрос к сети, имеющий более низкий приоритет. |