Установка и эксплуатация компьютерных сетей (стр. 5 )

Метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (МДКН/ПК) отличается от предыдущего метода тем, что в сети сталкиваются (если сталкиваются) не сообщения, а специальные сигналы, предшествующие сообщениям.

Указанные сигналы существенно снижают вероятность того, что произойдет столкновение следующих за ними сообщений. Метод МДКН/ПК обеспечивает, кроме того, меньшее время простоя канала, однако достигается это за счет усложнения оборудования.

Методы детерминированного доступа позволяют эффективно использовать разделяемую среду передачи данных в сильно загруженных сетях и повысить уровень безопасности сети по сравнению с методами случайного доступа. Это достигается введением в сеть дополнительного оборудования.

Метод доступа разделение времени. Все время работы сети делится на интервалы и во время каждого интервала через канал передаются данные только одной из станций. Устройство управления последовательно опрашивает станции на наличие у них сообщений для передачи. Станция, получившая разрешение, осуществляет передачу и по окончании уведомляет об этом устройство управления, которое, получив уведомление, по списку приоритетов посылает разрешение на передачу следующей станции, и т. д.

После того как все станции получат разрешение на передачу, начнется новый цикл.

Метод доступа приоритет запросов реализуется в сети, состоящей из интеллектуальных концентраторов. Каждый концентратор циклически выполняет опрос своих портов. Станция, желающая передать пакет, посылает сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая свой приоритет. Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу, а если занята, — ставит запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Одновременно в сети присутствует только один кадр, т. е. сохраняется эффект разделяемой среды.

Маркерный метод доступа используется в сетях «шина», «звезда» и «кольцо». Право на передачу станции получают здесь в порядке, задаваемом с помощью уникального кадра — маркера. Все узлы сети играют активную роль, участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации проходящих сигналов. Маркер имеет поле занятости с кодом либо «свободный», либо «занятый». Свободный маркер циркулирует по кольцу и в каждом узле задерживается на время его анализа на занятость и ретрансляции.

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. Этот тандем совершает оборот по кольцу и возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель копирует кадр, но изменить состояние маркера на свободный может только 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 и т. д. Как видим, данный метод позволяет ликвидировать простои в сети и организовать одновременную передачу несколькими станциями сети. «Платить» за это приходится низкой масштабируемостью.

Тактируемый метод доступа позволяет нескольким абонентам одновременно и в любой момент вести передачу. В сети используются от двух до восьми пакетов—слотов, выполняющих функцию временных меток и содержащих небольшую порцию данных (от 8 до 32 байт). Свободные (без данных) или занятые (с данными) слоты переносят данные по «кольцу» и тактируют работу сети. В каждом слоте существуют бит занятости, поле сетевого адреса приемника и передатчика, а также бит признака конца передачи.

Алгоритм доступа к сети следующий:

отправитель разбивает информацию на слоты установленного размера и ждет прихода свободного слота, после чего загружает в этот слот первую часть информации. Вторую часть данных он помещает в следующий свободный слот, и так — до полной передачи всего объема информации;

абонент-приемник выбирает из слотов адресованную ему информацию и устанавливает в принятом слоте бит подтверждения. Так продолжается до последнего адресованного слота;

передающий абонент получает свои слоты обратно по «кольцу», анализирует бит подтверждения и помечает их как свободные.

Ни один из методов доступа к сети, использующий разделяемую среду передачи, не позволяет обеспечить хорошую масштабируемость сети, а детерминированные методы не позволяют обеспечить и достаточно хорошую расширяемость. Допустимые размеры одного сегмента ЛВС во всех случаях ограничены несколькими десятками хостов. Протоколы и методы доступа, применяемые в ЛВС, предназначены для функционирования на ограниченных расстояниях, поэтому сегмент ЛВС не удается расширить за пределы определенной физической области (диаметр сети). Как видим, ЛВС с разделяемой средой передачи нельзя считать действительно расширяемыми. Для обеспечения высокого уровня как масштабируемости, так и расширяемости сети следует использовать методы коммутации потоков данных, характерные для глобальных сетей. Рассмотрим их более подробно.

Методы коммутации в ТКС. Система коммутации решает задачу внутрисетевого распределения информационных потоков. Существуют два основных принципа коммутации:

непосредственное соединение — без запоминания передаваемой информации;

соединение с накоплением информации.

При непосредственном соединении (коммутации каналов) осуществляется физическое соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу, поэтому здесь возможна организация диалога между абонентами (время задержки в передаче сообщения невелико) и абоненты имеют возможность вести передачу сообщений после установления соединения независимо от нагрузки, поступающей от других абонентов. Однако в случае отсутствия свободных каналов пользователь получает отказ в установлении связи, поэтому систему с коммутацией каналов называют системами с потерями вызовов.

Соединение (коммутация) с накоплением информации бывает двух видов: коммутация сообщений и коммутация пакетов. В системах с коммутацией сообщений пользователь не получает отказа в случае отсутствия свободных каналов. Его сообщение временно записывается в память коммутационной станции и выдается после освобождения канала, поэтому системы с накоплением называются системами с ожиданием. Данный метод нашел применение на телеграфной сети общего пользования.

В системах с коммутацией пакетов исходящее сообщение делится на «пакеты», каждый из которых содержит часть полезной информации и заголовок. Заголовок пакета, в свою очередь, содержит: идентификатор, определяющий принадлежность пакета к сообщению, адреса абонентов, порядковый номер пакета и др.

Реализация всех методов коммутации (пакетов, каналов и (или)сообщений) в телекоммуникационных сетях «лежит на плечах» устройств, называемых маршрутизаторами (см. подразд. 1.2).

Технологии масштабируемости. Существуют три основные технологии масштабирования:

нивелирование времени ожидания связи;

распределение;

репликация.

Нивелирование времени ожидания связи применяется в случае географического масштабирования в целях сведения к минимуму времени ожидания ответа на запрос от удаленного сервера. Например, если была запрошена служба удаленной машины, альтернативой ожиданию ответа от сервера будет осуществление на запрашивающей стороне других возможных действий. Это означает разработку запрашивающего приложения в расчете на использование исключительно асинхронной связи. Когда будет получен ответ, приложение прервет свою работу и вызовет специальный обработчик для завершения запроса, отправленногоранее.

Асинхронная связь часто используется в системах пакетной обработки и параллельных приложениях, в которых во время ожидания одной задачей завершения связи предполагается выполнение других более или менее независимых задач. Для осуществления запроса может быть запущен новый управляющий поток выполнения. Хотя он будет блокирован на время ожидания ответа, другие потоки процесса продолжат свое выполнение.

Однако многие приложения не в состоянии эффективно использовать асинхронную связь. Например, когда в интерактивном приложении пользователь посылает запрос, он обычно просто ждет ответа от сервера. В этих случаях наилучшим решением будет сократить необходимый объем взаимодействия, например переместив часть вычислений, обычно выполняемых на сервере, на клиента, процесс которого запрашивает службу. Стандартный случай применения этого подхода — доступ к базам данных с использованием форм. Обычно заполнение формы сопровождается по сылкой отдельного сообщения на каждое поле и ожиданием подтверждения приема от сервера, как показано на рис. 1.9, а.

Сервер, например, может перед приемом введенного значения проверить его на синтаксические ошибки. Более успешное решение, показанное на рис. 1.9, б, заключается в том, чтобы перенести код для заполнения формы и, возможно, проверки введенных данных на клиента, чтобы он мог послать серверу целиком заполненную форму. Такой подход в настоящее время широко поддерживается Web-сайтами посредством Java-апплетов — программных компонентов, выполняющий узкую функцию (например, интерактивную) в среде другой программы, например в интернет-браузере.

Распределение— технология масштабирования, предполагающая разбиение компонентов на мелкие части и последующее разнесение этих частей по системе. Примером распределения является система доменных имен Интернета (DNS), организованная иерархически, в виде дерева доменов, которые разбиты на неперекрывающиеся зоны, как показано на рис. 1.10. Имена каждой зоны обрабатываются одним сервером имен. Известно [25], что каждое доменное имя является именем хоста в Интернете, которое ассоциируется с сетевым адресом этого хоста. В основном интерпретация имени означает получение сетевого адреса соответствующего хоста.

Рассмотрим, например, имя nt. vu. cs. flits. Для интерпретации этого имени оно сначала передается на сервер зоны, отмемеченной на рис. 1.10 как Z1. Этот сервер возвращает адрес сервера зоны Z2, который, вероятно, сможет обработать остаток имени: vu. cs. flits. Сервер зоны Z2 вернет адрес сервера зоны Z3, который способен обработать последнюю часть имени и вернуть адрес соответствующего хоста. Данный пример демонстрирует, как служба именования, предоставляемая DNS, распределена по нескольким машинам, чтобы избежать обработки всех запросов на интерпретацию имен одним сервером.