Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 60 )

□ Если кто-то начал говорить, прекращайте разговор. В мире компьютерных сетей это правило называется обнаружением коллизий. Оно заключается в том, что во время передачи узел прослушивает канал. Если он обнаруживает, что другой узел в этот момент времени тоже ведет передачу, он прекращает свою передачу и с помощью протокола вычисляет время своей следующей попытки передачи.

Эти два правила реализованы в семействе протоколов CSMA (Carrier Sense Multiple Access — множественный доступ с контролем несущей) и CSMA/CD (CSMA with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). Было разработано множество вариантов протоколов CSMA и CSMA/ CD. Кроме того, протокол CSMA/CD, применяемый в Ethernet-сети, мы подробно обсудим в разделе «Ethernet», а пока рассмотрим некоторые фундаментальные характеристики протоколов CSMA и CSMA/CD.

Первый вопрос о протоколе CSMA, который может возникнуть, состоит в том, как вообще могут возникать коллизии, если все узлы прослушивают несущую? В самом деле, ведь узел воздерживается от передачи, если он замечает, что канал занят.

Ответ на этот вопрос лучше всего проиллюстрировать с помощью пространственно-временной диаграммы. На рис. 12.10 показана пространственно-временная диаграмма работы четырех узлов (А, В, С, D), присоединенных к линейной широковещательной шине. На горизонтальной оси фиксируется положение каждого узла в пространстве, вдоль вертикальной оси изменяется время.

В момент времени t0 узел В опрашивает канал и приходит к выводу, что канал свободен, так как никакой другой узел в этот момент не ведет передачу. Поэтому узел В начинает передачу, и передаваемый им сигнал распространяется по широковещательному носителю в обоих направлениях со скоростью, близкой к скорости света, но конечной. В момент времени t(1)(t(1) > t(0)) у узла D появляется кадр для передачи. Хотя узел В в этот момент уже передает данные, передаваемый им сигнал еще не достиг узла D, таким образом, узел D полагает, что канал свободен. Поэтому в соответствии с протоколом CSMA узел D начинает передачу своего кадра.

Немного позднее сигнал, передаваемый узлом В, смешивается с сигналом узла D — возникает коллизия. Из рисунка видно, что производительность широковещательного канала в значительной степени зависит от времени прохождения сигнала по каналу от одного узла до другого. Чем больше это время, тем выше вероятность коллизий, вызванных тем, что сигнал уже начавшего передачу узла не успел достичь другого узла, готового к передаче.

Рис. 12.10 Пространственно-временная диаграмма коллизий в канале с протоколом CSMA

Изображенные на рис. 12.10 узлы не обнаруживают коллизию. Оба узла (В и D) продолжают передавать свои кадры целиком и после коллизии. При использовании протокола с обнаружением коллизий узел прекращает передачу, как только он обнаруживает коллизию. На рис. 12.11 показан тот же сценарий, что и на рис. 12.10, но в этом случае узлы прекращают передачу, обнаружив коллизию. Очевидно, добавление способности обнаружения коллизий повышает производительность протокола, так как продолжение передачи кадров в случае коллизии не имеет смысла и приводит лишь к дополнительным потерям времени. Протокол Ethernet, который будет рассматриваться в разделе «Ethernet», представляет собой протокол CSMA с обнаружением коллизий.

Рис. 12.11 ПротоколCSMA с обнаружением коллизий

6. Протоколы последовательного доступа

Как уже упоминалось, двумя желательными свойствами протокола коллективного доступа являются, во-первых, возможность единственного активного узла передавать свои данные с максимальной пропускной способностью канала R бит/с, во-вторых, возможность для каждого из М активных узлов передавать свои данные со скоростью R/M бит/с. Протоколы ALOHA и CSMА удовлетворяют первому требованию, но не удовлетворяют второму. Это подвигло исследователей на создание нового класса протоколов — протоколов последовательного доступа. Как и в случае с протоколами произвольного доступа, существуют десятки протоколов последовательного доступа, и у каждого есть множество вариантов. Здесь мы рассмотрим два наиболее важных протокола последовательного доступа. Первый из них — протокол опроса. При использовании протокола опроса один из узлов должен быть назначен главным (управляющим) узлом. Главный узел поочередно опрашивает все узлы. Например, сначала главный узел посылает сообщение узлу 1, сообщая ему, что он может передать некоторое максимальное количество кадров. После того как узел 1 передает несколько кадров, главный узел разрешает передать некоторое количество кадров узлу 2. (Главный узел может определить момент завершения передачи очередным узлом по отсутствию сигнала в канале.) Данная процедура продолжается бесконечно, при этом главный узел в цикле опрашивает все узлы.

Протокол опроса устраняет коллизии и пустые слоты, от которых страдают протоколы произвольного доступа. Таким образом, эффективность протокола опроса значительно выше. Однако у протокола опроса есть несколько недостатков. Первый недостаток заключается в том, что определенное время тратится протоколом опроса на саму процедуру опроса, то есть на выдачу узлу разрешения на передачу. Например, если только один узел является активным, тогда он не сможет передавать со средней скоростью, равной полной пропускной способности канала, так как после передачи активным узлом разрешенного количества кадров главный узел будет опрашивать остальные узлы в каждом цикле. Второй недостаток является даже более серьезным. Он заключается в том, что при выходе из строя главного узла вся деятельность канала прекращается.

Второй протокол последовательного доступа — протокол с передачей маркера. В этом протоколе главного узла не существует. Все узлы, присоединенные к широковещательному каналу, обмениваются небольшим специальным кадром, называемым маркером. Порядок обмена маркера фиксирован. Например, узел 1 всегда посылает маркер узлу 2, а узел 2 всегда посылает маркер узлу Зит. д.; а узел N всегда посылает маркер узлу 1. Получив маркер, узел удерживает его, только если у него есть данные для передачи; в противном случае он немедленно передает маркер следующему узлу. Если к моменту получения маркера у узла есть кадры для передачи, он передает некое максимальное количество кадров, после чего передает маркер следующему узлу. Передача маркера осуществляется децентрализованно и обладает высокой эффективностью. Но проблемы могут возникнуть и в данной схеме. Например, выход из строя одного узла может вывести из строя весь канал, а если какой-либо узел забудет передать маркер, потребуется специальная процедура вывода канала из тупиковой ситуации.

7. Резюме

На канальном уровне существуют два принципиально разных типа каналов: это широковещательные каналы и двухточечная линия связи.

Адаптер представляет собой плату, или карту, PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — Международная ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров IBM PC), на которой, как правило, установлены микросхемы памяти и цифровой обработчик сигналов, а также интерфейсы шины хоста и линии связи. Адаптеры также часто называют сетевыми интерфейсными картами NIC (Network Interface Card).

В качестве примеров технологий канального уровня можно назвать Ethernet, IEEE802.1I, беспроводные локальные сети, маркерное кольцо и протокол РРР.

Обмен данными в компьютерных сетях управляется наборами правил, составляющих так называемые протоколы коллективного доступа.

Протоколы коллективного доступа подразделяются на три категорий: протоколы разделения канала, протоколы произвольного доступа и протоколы последовательного доступа.

8. Вопросы для самоконтроля

1. Что такое широковещательные каналы?

2. Что такое двухточечная линия связи?

3. Для чего используется протокол канального уровня?

4. Что представляет собой адаптер?

5. Что представляет собой коллизия?

6. Что представляет собой мультиплексирование с временным разделением?

7. Что представляет собой мультиплексирования с частотным разделением?

8. Что предлагает протокол CDMA?

9. Что предлагает протокол ALOHA?

10. Что предлагает протокол CSM А?

9. Тесты для самоконтроля знаний

1. Широковещательные каналы - это каналы распространенные в

a) локальных сетях

b) Локальных, беспроводных локальных, спутниковых, гибридных оптоволоконных сетях

c) беспроводных локальных, спутниковых сетях

d) спутниковых, гибридных оптоволоконных сетях

e) гибридных оптоволоконных сетях

2. На каждой линии связи передающий узел упаковывает дейтаграмму в

a) кадр канального уровня

b) сегмент транспортного уровня

c) сообщение прикладного уровня

d) пакет

e) лапку

3. Протокол канального уровня используется для

a) для логического соединения хостов

b) для логического соединения приложении

c) для перемещения дейтаграммы по индивидуальной линии связи

d) для физического соединения хостов

e) для перемещения сегментов

4. Протокол канального уровня определяет

a) формат пакетов, которыми обмениваются узлы на концах линии связи

b) действия, предпринимаемые этими узлами получении пакетов

c) действия, предпринимаемые этими узлами при отправке пакетов

d) To пункты а-с

e) перемещения сегментов транспортного уровня

5. В качестве примеров технологий канального уровня можно назвать

a) Ethernet

b) IEEE802.11

c) беспроводные локальные сети

d) маркерное кольцо и протокол РРР

e) это пункты a-d

6. Для канального уровня важно, что передачей дейтаграммы

a) по первой линии может управлять, например, протокол Ethernet

b) по последней линии — протокол РРР

c) по первым промежуточным линиям — протокол Frame Relay

d) по вторым промежуточным линиям — протокол Frame Relay

e) это пункты a-d

7. Надежный протокол канального уровня обеспечивает надежную доставку

a) только между двумя узлами

b) между двумя процессами

c) между двумя портами

d) между двумя приложениями

e) это пункты a-d