Более эффективное использование среды передачи обеспечивают схемы с резервированием, потому что при этом доступ становится управляемым и столкновений не происходит. Их можно разделить на системы с опросом, использующие центральное устройство управления, и распределенные системы.
В схеме с опросом за разрешение доступа к разделяемой среде отвечает центральный контроллер. Он направляет хост-узлам специальные сообщения, разрешающие им использовать среду в течение определенного периода времени. Пример: технология 100VG-AnyLAN.
Самый простой метод — схема циклического опроса, когда контроллер входит в контакт с каждым опрашиваемым хост-узлом и приглашает его передавать свои данные. Когда тот заканчивает передачу, центральный контроллер опрашивает следующий хост-узел. В расширенной методике время передачи хост-узла ограничено, так что каждый узел получает хороший шанс для передачи. Существенное преимущество схемы с центральным управлением состоит в том, что у хост-узлов появляется возможность сообщать центральному контроллеру об имеющемся у них трафике, который часто измеряется в терминах наполнения их локальных очередей, но это можно, например, сделать также на основе приоритета или скорости поступления трафика. Отсюда следует, что центральный контроллер имеет глобальное представление о состоянии системы, намного превосходящее более ограниченное представление о состоянии хост-узлов, и поэтому может располагать доступом к соответствующим хост-узлам по приоритетам. В примере на рис. а очередь хост-узла С почти полна, и контроллер назначает ему высокий приоритет передач (рис. б). Так как контроллер обладает знаниями о доступе к каналу, то он может в некоторых пределах предсказывать требования хост-узлов, уменьшая тем самым необходимость сообщать ему их точное состояние. Одним из недостатков данной схемы опроса является то, что хост-узел опрашивается независимо от того, имеются ли у него данные для передачи или нет. Если ему нечего передавать, он немедленно просигнализирует об этом контроллеру, и тот будет опрашивать следующий хост-узел. Если в сети имеется достаточно большое количество хост-узлов, которые не часто передают свою информацию, то в этом процессе наблюдаются значительные издержки. Обойти эти проблемы позволяют так называемые гибридные схемы, использующие в определенные "установочные" периоды времени схему с состязаниями, а все остальное время — схему с опросом.
Рис.Схема опроса, базирующегося на приоритетах
В гибридных схемах вместо опроса всех хост-узлов контроллер хранит список опроса активных узлов и опрашивает только узлы из этого списка. В установочные периоды хост-узлы используют схему с состязаниями для того, чтобы информировать контроллер о том, что они имеют информацию для передачи. Контроллер будет помещать информировавшие его узлы в список опроса и Управлять их передачами вне установочных периодов (по схеме с опросом). Когда хост-узлы заканчивают передачу, они удаляются из списка опроса.
Алгоритм множественного доступа с передачей полномочия, или маркера, приведен на рис. 4.6.
Рис. 1.6 Алгоритм TPMA
Метод с передачей маркера – это метод доступа к среде, в котором от рабочей станции к рабочей станции передается маркер, дающий разрешение на передачу сообщения. При получении маркера рабочая станция может передавать сообщение, присоединяя его к маркеру, который переносит это сообщение по сети. Каждая станция между передающей станцией и принимающей видит это сообщение, но только станция – адресат принимает его. При этом она создает новый маркер.
Маркер (token), или полномочие, – уникальная комбинация битов, позволяющая начать передачу данных.
Каждый узел принимает пакет от предыдущего, восстанавливает уровни сигналов до номинального уровня и передает дальше. Передаваемый пакет может содержать данные или являться маркером. Когда рабочей станции необходимо передать пакет, ее адаптер дожидается поступления маркера, а затем преобразует его в пакет, содержащий данные, отформатированные по протоколу соответствующего уровня, и передает результат далее по ЛВС.
Пакет распространяется по ЛВС от адаптера к адаптеру, пока не найдет своего адресата, который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что данные достигли адресата, и ретранслирует его вновь в ЛВС. После чего пакет возвращается в узел из которого был отправлен. Здесь после проверки безошибочной передачи пакета, узел освобождает ЛВС, выпуская новый маркер. Таким образом, в ЛВС с передачей маркера невозможны коллизии (конфликты). Метод с передачей маркера в основном используется в кольцевой топологии.
Данный метод характеризуется следующими достоинствами:
- гарантирует определенное время доставки блоков данных в сети;
- дает возможность предоставления различных приоритетов передачи данных.
Вместе с тем он имеет существенные недостатки:
- в сети возможны потеря маркера, а также появление нескольких маркеров, при этом сеть прекращает работу;
- включение новой рабочей станции и отключение связаны с изменением адресов всей системы.
Множественный доступ с разделением во времени основан на распределении времени работы канала между системами (рис.4.7).
Доступ TDMA основан на использовании специального устройства, называемого тактовым генератором. Этот генератор делит время канала на повторяющиеся циклы. Каждый из циклов начинается сигналом Разграничителем. Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, называемых ячейками. Интервалы предоставляются для загрузки в них блоков данных.
Рис. 1.7 Структура множественного доступа с разделением во времени
Данный способ позволяет организовать передачу данных с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов.
Первый (простейший) вариант использования интервалов заключается в том, что их число (n) делается равным количеству абонентских систем, подключенных к рассматриваемому каналу. Тогда во время цикла каждой системе предоставляется один интервал, в течение которого она может передавать данные. При использовании рассмотренного метода доступа часто оказывается, что в одном и том же цикле одним системам нечего передавать, а другим не хватает выделенного времени. В результате – неэффективное использование пропускной способности канала.
Второй, более сложный, но высокоэкономичный вариант заключается в том, что система получает интервал только тогда, когда у нее возникает необходимость в передаче данных, например при асинхронном способе передачи. Для передачи данных система может в каждом цикле получать интервал с одним и тем же номером. В этом случае передаваемые системой блоки данных появляются через одинаковые промежутки времени и приходят с одним и тем же временем запаздывания. Это режим передачи данных с имитацией коммутации каналов. Способ особенно удобен при передаче речи.
Доступ FDMA основан на разделении полосы пропускания канала на группу полос частот (Рис. 4.8), образующих логические каналы.
Широкая полоса пропускания канала делится на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. Размеры узких полос могут быть различными.
При использовании FDMA, именуемого также множественным доступом с разделением волны WDMA, широкая полоса пропускания канала делится на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по логическим каналам сигналы накладываются на разные несущие и поэтому в частотной области не должны пересекаться. Вместе с этим, иногда, несмотря на наличие защитных полос, спектральные составляющие сигнала могут выходить за границы логического канала и вызывать шум в соседнем логическом канале.
Рис. 1.8 Схема выделения логических каналов
В оптических каналах разделение частоты осуществляется направлением в каждый из них лучей света с различными частотами. Благодаря этому пропускная способность физического канала увеличивается в несколько раз. При осуществлении этого мультиплексирования в один световод излучает свет большое число лазеров (на различных частотах). Через световод излучение каждого из них проходит независимо от другого. На приемном конце разделение частот сигналов, прошедших физический канал, осуществляется путем фильтрации выходных сигналов.
Метод доступа FDMA относительно прост, но для его реализации необходимы передатчики и приемники, работающие на различных частотах.
1. Что такое метод доступа и как влияет метод доступа на передачу данных в сети?
2. Какие существуют методы доступа?
3. Охарактеризовать метод доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий.
4. При каком методе доступа обе станции могут одновременно начать передачу и войти в конфликт?
5. В каких сетевых технологиях используется метод CSMA/CD?
6. Охарактеризовать метод доступа с разделением во времени и перечислить в каких случаях используется данный метод.
7. Что такое маркер?
8. В каком случае рабочая станция может начать передачу данных при использовании метода доступа с передачей полномочия?
9. Охарактеризовать метод доступа с передачей полномочия.
10. Охарактеризовать метод множественного доступа с разделением частоты.
11. Какие существуют варианты использования множественного доступа с разделением во времени?
