 |
Методы случайного множественного доступа
|
|
|
|
Многоуровневое построение систем
- уровень обработки данных (сервер)
- сеть (система хранения)
- абонентские системы
- системы защиты (Ethernet)
Многоуровневая организация корпоративной сети
-как организованная сеть
- функции уровней
Сети условно разделены на 7 уровней:
7 - Прикладной уровень. Обеспечивает пользовательской программе доступ к сетевым ресурсам. При этом преобразовывает данные в вид, специфичный для каждого приложения. HTTP, FTP, Telnet, SNMP - примеры протоколов прикладного уровня.
6 - Уровень представления данных. Обеспечивает преобразование кодов (из KOI8 в Windows-1251), форматов файлов, сжатие и распаковку, шифрование и дешифрование данных.
5 - Сеансовый уровень. Обеспечивает инициацию и завершение сеанса диалогом между устройствами, синхронизацию и последовательность пакетов в сетевом диалоге, надежность соединения до конца сеанса (обработка ошибок и повторная передача) и гарантированность доставки сообщений, общее управление.
4 - Транспортный уровень. Отвечает:
● за передачу данных от источника к получателю с уровнем качества, затребованным сеансовым уровнем (гарантированная/негарантированная передача данных).
● если блоки данных, передаваемые с сеансового уровня больше допустимого размера пакета для данной сети, они разбиваются на несколько нумерованных пакетов.
● определяются пути передачи, которые для соседних пакетов могут быть и разными. На приемной стороне пакеты собираются в должной последовательности, отбрасываются дубли, запрашиваются пропавшие пакеты.
Транспортный уровень является неограниченным и связующим между верхними уровнями, сильно зависящими от приложений, и нижними, привязанными к конкретной сети. Относительно этой границы и определяется IS-промежуточные системы, обеспечивающие передачу пакетов между источником и получателем, используя нижние уровни и ES-конечные системы, работающие на верхних уровнях.
|
|
|
(взаимодействие между пользователями; протоколы не зависят от сети; сеть может терять пакеты)
3 - Сетевой уровень. Форматирует данные транспортного уровня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Уровень отвечает за адресацию - трансляцию физических и сетевых адресов. Поиск пути от источника к получателю или между двумя промежуточными устройствами.
[задача уровня: а) маршрутизация: *сеть коммутации канала (телефон(?хз)); *коммутация ппакетов
б) создание таблицы маршрутизации]
2 - Канальный уровень.
● обеспечивает формирование кадров, передаваемых через физический уровень;
● контролирует ошибки и управляет потоком данных;
● позволяет скрыть от вышестоящих уровней подробности технической реализации сети.
(- …
- уровень управления доступом)
1 - Физический уровень. Обеспечивает физическое кодирование бит кадра в электрические или оптические сигналы и передачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение контактов и формат физических сигналов.
Сетевая технология охватывает канальный и физический уровень модели.
Верхние уровни (3-7) - уровни логического управления сетью. Они могут быть реализованы разнообразно и сильно зависят от используемого приложения.
Нижние уровни стандартизированы более строго и привязаны к конкретной сетевой технологии. Это связано с необходимостью обеспечить совместимость сетевых устройств от разных производителей.
Протокол - набор правил, описывающий формат и назначение кадров, пакетов или сообщений, которыми обмениваются одноранговые сущности внутри уровня.
|
|
|
Сервис (интерфейс) - набор функций, предоставляемых более низким уровнем вышележащему уровню.
Методы детерминированного множественного доступа
При детерминированном методе множественного доступа специальный алгоритм делит время использования физической среды рабочими станциями. Детерминированные методы пригодны для работы с моноканалом и циклическим кольцом.
1 Синхронные методы разделения времени. Циклическое разделение некоторого временного интервала на участки для работы каждой станции.
2 Асинхронные методы разделения времени. Разделение временного интервала работы на неравные участки t: для каждой рабочей станции - пропорциональные ожидаемому объему передаваемой информации.
3 Маркерные (с передачей полномочий, эстафетные) методы. Рабочая станция, получив маркер, отправляет в физическую среду соединения разрешенное ей число кадров. После этого, она передает маркер следующей рабочей станции, указанной в алгоритме. Если рабочей станции отправлять нечего, она немедленно передает маркер следующей рабочей станции, т.е. потерь времени нет. Коэффициент использования канала приближается к 100%.
Cравнение случайных и детерминированных методов доступа:
| Метод доступа | Достоинства | Недостатки |
| Случайный | ● Просты в реализации (весь алгоритм "зашит" в сетевом адаптере); ● Не требуют центрального управляющего звена | ● Возникают отказы передачи сообщений или большие задержки |
| Детерминированный | ● Позволяют использовать канал связи с высокой эффективностью; ● Возможна приоритетная передача | ● Обязателен центральный узел управления; ● Должен быть разработан алгоритм управления маркером |
методы случайного множественного доступа
Случайные методы доступа реализуются в сетях типа "моноканал". Случайный метод доступа (СМД) состоит в том, что рабочие станции состязаются за доступ к физической среде соединения (шине). Если две станции начинают одновременно передавать сообщения, возникают коллизии. Простейший СМД - бесконтрольный метод доступа. Такой доступ не ограничивает абонента, он выдает информацию в тот момент, когда она возникает. Передаваемые через моноканал кадры могут содержать ошибки из-за следующих причин:
|
|
|
1 Столкновения кадров (возникновения коллизий)
2 Неисправности оборудования
3 Возникновения помех при передаче данных
Поэтому правильность приема каждого переданного кадра должна быть подтверждена станцией-получателем. Для проверки ошибок используется циклическая последовательность в совокупности с процедурой "окна" и "тайм-аута". При неудачной попытке передать кадр он повторяется. Бесконтрольный СМД обеспечивает невысокий коэффициент использования канала. Главное достоинство этого метода - простота. Для независимых станций, частоты передачи которых удовлетворяют распределению Пуассона отношение:
,
где Vmax - максимально возможная скорость передачи данных, Vк - скорость передачи данных с учетом коллизий. Для улучшения бесконтрольного СМД предложены следующие способы:
1 Тактирование времени работы станций
2 Прослушивание канала связи перед передачей сообщения
3 Прослушивание канала связи перед передачей сообщения и контроль столкновений
1 Тактирование производится таймером, генерирующим тактовые импульсы через промежутки времени t. Рабочим станциям разрешается начинать передачу только в момент появления тактового импульса. Поэтому столкновения могут произойти только в момент появления тактового импульса. Коэффициент использования канала увеличится в 2 раза:
2 Метод СМД с прослушиванием канала и обнаружением передачи состоит в обязанности станций следить за наличием передачи в канале. Станция может начать передачу только тогда, когда канал свободен. В этом случае столкновения кадров могут произойти тогда, когда две или более станций одновременно начнут передачу. Если станция захватила канал, ей уже ничто не помешает провести передачу. Для данного метода:
3 Прослушивание канала во время передачи позволяет не продолжать напрасно передачу, если в канале появились сигналы другой станции. Метод называется СМД с контролем столкновений. После прекращения передачи данных станции могут ее возобновить через случайные промежутки времени. Комбинация СМД с обнаружением передачи и контролем столкновений обеспечивает:
|
|
|
Элементы и узлы сети
- маршрутизаторы
Маршрутиза́тор — специализированный сетевой компьютер, имеющий минимум два сетевых интерфейса и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданныхадминистратором.
Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные. Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежеликоммутатор и сетевой мост, которые работают на 2 уровне и 1 уровне модели OSI соответственно.
- хабы
Сетевой концентратор или хаб — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами.
Сетевые концентраторы также могли иметь разъемы для подключения к существующим сетям на базе толстого или тонкого коаксиального кабеля.
- свичи
Сетевой коммутатор (жарг. свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узловкомпьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.
В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Организация коммутаторов
1 Коммутаторы локальных сетей, основные функции, принцип работы
Структура коммутатора EtherSwitch компании Kalpana
Каждый из 8 портов 10Base-T обслуживается одним процессором пакетов Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров ЕРР. Системный модуль ведет общую адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица.
|
|
|
Коммутационная матрица работает по принципу коммутации каналов. Для 8 портов матрица может обеспечить 8 одновременных внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и 16.
При поступлении кадра в какой-либо порт процессор ЕРР буферизует несколько первых байт кадра, чтобы прочитать адрес назначения. После получения адреса назначения процессор сразу же принимает решение о передаче пакета, не дожидаясь прихода остальных байт кадра. Для этого он просматривает свой собственный кэш адресной таблицы, а если не находит там нужного адреса, обращается к системному модулю, который работает в многозадачном режиме, параллельно обслуживая запросы всех процессоров ЕРР. Системный модуль производит просмотр общей адресной таблицы и возвращает процессору найденную строку, которую тот буферизует в своем кэше для последующего использования.
После нахождения адреса назначения процессор ЕРР знает, что нужно дальше делать с поступающим кадром (во время просмотра адресной таблицы процессор продолжал буферизацию поступающих в порт байтов кадра). Если кадр нужно отфильтровать, процессор просто прекращает записывать в буфер байты кадра, очищает буфер и ждет поступления нового кадра.
Если же кадр нужно передать на другой порт, то процессор обращается к коммутационной матрице и пытается установить в ней путь, связывающий его порт с портом, через который идет маршрут к адресу назначения(порт).
Если же порт занят, то матрица в соединении отказывает. В этом случае кадр полностью буферизуется процессором входного порта, после чего процессор ожидает освобождения выходного порта и образования коммутационной матрицей нужного пути.
После того как нужный путь установлен, в него направляются буферизованные байты кадра, которые принимаются процессором выходного порта. Как только процессор выходного порта получает доступ к подключенному к нему сегменту Ethernet по алгоритму CSMA/CD, байты кадра сразу же начинают передаваться в сеть. Процессор входного порта постоянно хранит несколько байт принимаемого кадра в своем буфере, что позволяет ему независимо и асинхронно принимать и передавать байты
Прозрачные мосты
Термин “прозрачные” мосты объединяет большую группу устройств. Если рассматривать устройства этой группы с точки зрения решаемых ими задач, то эту группу можно разделить на три подгруппы:
● Прозрачные мосты (transparent bridges) объединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровней модели OSI;
● Транслирующие мосты (translating bridges) объединяют сети с различными протоколами канального и физического уровней;
● Инкапсулирующие мосты(encapsulating bridges) соединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровня через сети с другими протоколами.
Прозрачные мосты наиболее широко распространены. Для этих мостов локальная сеть представляется как набор МАС-адресов устройств, работающих в сети. Мосты просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний буфер моста. Мосты не работают с информацией, относящейся к сетевому уровню. Они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между собой. Поэтому мосты совершенно прозрачны для протоколов, начиная с сетевого и выше. Это качество прозрачных мостов и отражено в их названии. Мосты позволяют объединить несколько локальных сетей в единую логическую сеть. Соединяемые локальные сети образуют сетевые сегменты такой логической сети.
|
|
|
