К общему звену моноканала подключается значительное число абонентских систем. Поэтому возникает проблема множественного доступа (доступом называют операцию, обеспечивающую запись, модификацию, чтение или передачу данных). Ситуация, в которой несколько объектов хотят одновременно использовать ресурс, называют состязанием. Упорядочение этой ситуации осуществляется недопущением либо прекращением состязаний. Недопущение состязаний заключается в использовании такого метода доступа, когда ресурс в принципе может одновременно использовать только один объект. В противоположность этому, может также использоваться метод, допускающий возникновение состязаний, но обеспечивающий, в случае их появления, быстрое и четкое прекращение.
Множественный доступ с разделением времени (Time Division Multiple Access (TDMA))
Это множественный доступ, основанный на распределении времени работы канала между информационными системами. Доступ TDMA основан на использовании специального устройства, именуемого тактовым генератором.
Рис. 9. Структура разделения времени
Этот генератор делит время работы канала на повторяющиеся циклы. Каждый из циклов начинается сигналом - разграничителем. Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, именуемых ячейками. Интервалы предоставляются для загрузки в них блоков данных. 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. При этом возможны два режима. В первом из них 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 запаздыванием. Об этом режиме передачи данных говорят, что осуществляется имитация коммутации каналов. Способ особенно удобен при передаче речи. Во втором режиме система в различных циклах получает интервалы с разными номерами. Более того, в течение одного интервала система, в зависимости от имеющегося у нее количества данных, может получать не только один, но и несколько интервалов. Этот способ называют имитацией коммутации пакетов. Выделение интервалов во втором режиме осуществляется динамически в зависимости от того, какие интервалы в циклах заняты в режиме коммутации каналов.
Множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access (TPMA))
Это множественный доступ в моноканал либо циклическое кольцо при помощи полномочия. Сущность ТРМА заключается в том, что абонентские системы передают по логическому кольцу (пунктир на рис.) друг другу особый блок данных, называемый полномочием, либо маркером, либо жезлом. Получив полномочие, система начинает процедуру доступа и может передать один либо несколько (по предварительному соглашению) блоков данных. Если системе, получившей полномочие, нечего передавать, то она немедленно направляет полномочие следующей по списку системе. Если система передает блоки данных, то полномочие направляется следующей системе после окончания этой передачи. Метод ТРМА характеризуется двумя важными особенностями. Во-первых, он гарантирует определенное время доставки блоков данных абонентским системам. Во-вторых, он дает возможность предоставления различных приоритетов передачи данных. Вместе с этим, метод имеет немаловажный недостаток. Здесь, всегда есть возможность потери полномочия либо появления в сети нескольких полномочий. В обоих случаях сеть прекращает свою работу. В этой связи в сети создаются централизованный либо распределенный комплекс средств, задачей которого является восстановление потерянного полномочия и уничтожение всех, кроме одного из полномочий. Это значительно усложняет структуру сети. При использовании метода ТРМА включение в сеть новой абонентской системы и отключение из сети системы связано с изменением адресов всех систем.
Рис. 10. Цикл движения полномочия
Множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений (CSMA/CD)
Это случайный метод множественного доступа в моноканал. Основан на допущении состязаний абонентских систем за право вести передачу данных и организации выхода из этих состязаний. Сущность метода заключается в том, что каждая абонентская система следит за тем, какие сигналы появляются в моноканале. Если при прослушивании моноканала выяснится, что ни одна из систем не передает данные, только в этом случае система A может начать передачу блока данных. Если же по моноканалу уже идет передача данных, то система A ожидает ее окончания. Система A, начав передачу, контролирует, не началась ли одновременно передача данных какой-либо другой системой. Если это произошло, то система A прекращает свою передачу и чуть позже (время задержания для каждой станции свое) начинает ее сначала. Если же выяснилось, что передачу осуществляет только система A, то она заканчивает передачу блока.
Данный метод характерен тем, что позволяет включать в локальную сеть новые абонентские системы и отключать из нее системы без изменения адресов и извещения остальных систем. Рассматриваемый метод достаточно прост и надежен. Однако он не гарантирует времени доставки блоков данных. Поэтому, в последние годы появилась его модификация. Она заключается в сочетании данного метода с методом временного уплотнения моноканала. При использовании модифицированного метода система A начинает передачу как и обычно. Однако, как только обнаруживается, что передачу начали несколько систем, выделяются временные интервалы, по одному на систему, и столкновение ликвидируется.
Множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multiple Access (FDMA))
Это множественный доступ, основанный на использовании в канале группы полос частот, образующих логические каналы.
Рис. 12. Схема выделения логических каналов
При использовании FDMA широкая полоса пропускания канала делится (см. рис.) на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по этим 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. Метод доступа FDMA относительно прост, но для его реализации необходимы передатчики и приемники, работающие на различных частотах.
Множественный доступ с разделением волны (WDMA)
Данный метод широко используется в оптических каналах. В нем разделение частоты осуществляется направлением в каждый из них лучей света с различными частотами. Благодаря этому пропускная способность физического канала увеличивается в несколько раз, и уже превысила 1 Тбит/с.
11. ЦИКЛИЧЕСКИЕ СЕТИ.
Циклическое кольцо - это кольцевой физический канал, обеспечивающий последовательную передачу сигналов группе систем. Циклическое кольцо является одним из типов сети с селекцией данных. Эта локальная сеть состоит из общего звена, блоков доступа и абонентских звеньев.
Общее звено блоками доступа делится на сегменты, создаваемые на основе витой пары, плоского коаксиального кабеля либо оптического канала. Блоки доступа (Б) при помощи абонентских звеньев соединяются с абонентскими системами. В базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем кольцевой канал представляется физическими средствами соединения. Передача сигналов осуществляется в кольце в одном направлении: от одного блока доступа к другому. При этом, блок, передавший кадр, после того, как последний пройдет по всему кольцу, должен его уничтожить. Остальные блоки доступа транслируют передаваемый кадр. Блоки доступа анализируют проходящие через них кадры и принимают решение о необходимых формах взаимодействия с кольцом: снять копию кадра, передать его далее и т. д. Для этого, прежде всего, блок доступа читает адрес назначения кадра. Если он адресован данной системе, то она снимает для себя его копию и направляет ее своим прикладным процессам для обработки. В оригинале кадра, остающемся в кольце, блок доступа делает отметку о том, что кадр принят. Принятый адресатом кадр с отметкой должен по кольцу быть доставлен его отправителю. В противном случае отправитель пошлет кадр вторично. Вследствие этого, в кольце посланный кадр может быть передан только одному адресату. В кольце должна быть обеспечена синхронизация работы всех блоков доступа. Для этого осуществляется тактирование движения кадров. Оно достигается следующим образом. Один из блоков доступа объявляется главным. Под такты работы этого блока подстраиваются все остальные блоки сети. Взаимодействие систем в кольце обеспечивается множественным доступом с передачей полномочия. Благодаря этому, не допускается возможность того, что две либо более систем будут вести передачу данных, мешая друг другу.
Общее звено кольца может состоять из одного кольцевого канала, например, в кольцевой тактируемой сети. Однако, тогда кольцо имеет довольно низкую надежность. В случае обрыва канала либо его неисправности в любой точке звена прекращает работу вся сеть. Чтобы избежать этого, применяют различные модификации циклического кольца. 1. Кольцо с переключающими концентраторами - кольцевая сеть, представленная в форме одной либо группы взаимосвязанных звезд.
Задачей переключающего концентратора является обеспечение надежности работы циклического кольца. Для этого концентратор соединяет дуги друг с другом таким образом, чтобы была создана в смысле топологии звездообразная сеть. В результате образуется единое кольцо, проходящее через все блоки доступа (Б). При появлении неисправности в дуге либо в абонентской системе концентратор отключает из кольца соответствующую дугу. Благодаря этому, остальная часть кольца продолжает нормальную работу. В зависимости от надобности в сети устанавливается один либо несколько концентраторов. Сложное кольцо может иметь не только несколько переключающих концентраторов, но также содержать ретрансляционные системы. Последние соединяют кольцо с другими коммуникационными сетями.
Переключающий концентратор может быть как пассивным, так и активным. В первом случае концентратор содержит лишь электронные реле, выводящие дуги из кольца. Активный концентратор, кроме этого, имеет логические элементы, способные обнаруживать и обходить возникающие неисправности. 2. Двойное кольцо - кольцевая сеть, образованная двумя кольцевыми каналами. Двойное кольцо состоит из двух общих звеньев, блоков доступа (Б) и абонентских звеньев. Оба общих звена проходят сквозь блоки доступа и в нормальном режиме работы работают параллельно, передавая сигналы в разные стороны. Абонентские системы и административные системы подключаются к обоим общим звеньям. При разрыве одного из общих звеньев, сигналы продолжают передаваться по другому общему звену. В тех случаях, когда происходит разрыв обоих общих звеньев, соответствующий их сегмент выходит из строя. В этом случае два общих звена превращаются в одно кольцо, а блоки доступа, примыкающие к сегменту разрыва, обеспечивают разворот сигналов и передачу их из одного разорванного общего звена в другое. На приведенных ниже рисунках показана работа двойного кольца в нормальном режиме и в случае разрыва обоих общих звеньев.
