Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Протоколы передачи данных нижнего уровня. Управление доступом к передающей среде




Существуют различные процедуры обмена данными между рабо­чими станциями абонентских систем сети, реализующие при этом те или иные методы доступа к передающей среде. Эти процедуры назы­ваются протоколами передачи данных (ППД). Речь идет о ППД, ко­торые относятся к категории линейных (канальных) протоколов, или протоколов управления каналом. Такое название они получили пото­му, что управляют потоками трафика (данных пользователя) между станциями на одном физическом канале связи. Это также протоколы нижнего уровня, так как их реализация осуществляется на нижних уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС.

Между понятиями «протокол передачи данных нижнего уровня» и «метод доступа к передающей среде» существуют определенные раз­личия и связь.

Метод доступа — это способ «захвата» передающей среды, спо­соб определения того, какая из рабочих станций сети может следую­щей использовать ресурсы сети. Но так же называется и набор пра­вил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направ­лять поток сообщений через сеть, и один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.

Протокол в общем виде — это набор правил для связи между ра­бочими станциями (компьютерами) сети, которые управляют форма­том сообщений, временными интервалами, последовательностью ра­боты и контролем ошибок. Протокол передачи данных нижнего уров­ня (протокол управления каналом) — это совокупность процедур, выполняемых на нижних уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС по управлению потоками данных между рабочими станциями сети на одном физическом канале связи.

Методы доступа к передающей среде, определяющие правила ее «захвата», могут быть разделены на следующие классы [26]:

• селективные методы, при реализации которых с помощью соот­ветствующего ППД рабочая станция осуществляет передачу толь­ко после получения разрешения, которое либо направляется каж­дой PC по очереди центральным управляющим органом сети (та­кой алгоритм называется циклическим опросом), либо передается от станции к станции (алгоритм передачи маркера);

• методы, основанные на соперничестве (методы случайного дос­тупа, методы «состязаний» абонентов), когда каждая PC пытает­ся «захватить» передающую среду. При этом могут использовать­ся несколько способов передачи данных: базовый асинхронный, син­хронизация режима работы канала путем тактирования моментов передачи кадров, прослушивание канала перед началом передачи данных по правилу «слушай, прежде чем говорить», прослушива­ние канала во время передачи данных по правилу «слушай, пока говоришь». Эти способы используются вместе или раздельно, обес­печивая различные варианты загруженности канала и стоимости сети;

• методы, основанные на резервировании времени, принадлежат к числу наиболее ранних и простых. Любая PC осуществляет пере­дачу только в течение временных интервалов (слотов), заранее для нее зарезервированных. Все слоты распределяются между станциями либо поровну (в неприоритетных системах), либо с учетом приоритетов АС, когда некоторые PC за фиксированный интер­вал времени получают большее число слотов. Станция, владею­щая слотом, получает канал в свое полное распоряжение. Такие методы целесообразно применять в сетях с малым числом АС, так как канал используется неэффективно;

• кольцевые методы предназначены специально для ЛВС с коль­цевой топологией (хотя большинство указанных методов могут использоваться в таких сетях). К ним относятся два метода — вставка регистров и сегментированная передача (метод времен­ных сегментов).

При реализации метода вставки регистра рабочая станция содер­жит регистр (буфер), подключаемый параллельно к кольцу. В регистр записывается кадр для передачи, и станция ожидает межкадрового промежутка в моноканале. С его появлением регистр включается в кольцо (до этого он был отключен от кольца) и содержимое регистра передается в линию. Если во время передачи станция получает кадр, он записывается в буфер и передается вслед за кадром, передавае­мым этой станцией. Такой метод допускает «подсадку» в кольцо не­скольких кадров.

При использовании в ЛВС с кольцевой топологией сегментирован­ной передачи временные сегменты формируются управляющей стан­цией сети. Они имеют одинаковую протяженность и циркулируют по кольцу. Каждая станция, периодически обращаясь в сеть, может дож­даться временного сегмента, помеченного меткой «свободный». В этот сегмент станция помещает свой кадр фиксированной длины, при этом в сегменте метка «свободный» заменяется меткой «занятый». После доставки кадра адресату сегмент вновь освобождается. Важным пре­имуществом такого метода является возможность одновременной передачи кадров несколькими PC. Однако передача допускается толь­ко кадрами фиксированной длины.

Используется и другая классификационная структура, предложен­ная в [3]. Все ППД делятся на два класса: ППД типа первичный/вто­ричный и равноранговые ППД. При реализации ППД первого класса в сети выделяется первичный (главный) узел, который управляет все­ми остальными (вторичными) узлами, подключенными к каналу, и определяет, когда и какие узлы могут производить обмен данными. В сетях, где реализуются равноранговые (одноуровневые, одноранго­вые) протоколы, все узлы имеют одинаковый статус. Однако если предварительно узлам присвоить разные приоритеты, то для них ус­танавливается неравноправный доступ в сеть.

Рассмотрим более подробно ППД в соответствии с их классифи­кационной структурой, приведенной на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Классификация ППД нижнего уровня

 

Один из широко распространенных подходов к управлению кана­лом связи основан на использовании протокола типа «первичный/вторичный» или «главный/подчиненный», когда первичный (главный) узел системы определяет для всех других узлов (вторичных, подчиненных), подключенных к каналу, порядок (очередность) обмена данными.

ППД типа «первичный/вторичный» могут быть реализованы на основе нескольких технологий, образующих две группы: с опросом и без опроса.

В сетях с опросом распространение получили протоколы, кото­рые называются «опрос с остановкой и ожиданием» и «непрерыв­ный автоматический запрос на повторение». Оба протокола отно­сятся к классу ППД, реализующих селективные методы доступа к передающей среде. Технология доступа к передающей среде хорошо известна по применению в многоточечных линиях глобальных сетей.

Суть ее заключается в том, что первичный узел последовательно предлагает вторичным узлам подключиться к общему каналу пере­дачи. В ответ на такой запрос вторичный узел, имея подготовлен­ные данные, осуществляет передачу. Если подготовленных данных нет, выдается короткий пакет данных типа «данных нет», хотя в современных системах, как правило, реакцией в таких случаях яв­ляется «молчание».

Наиболее распространенный способ организации запроса — цик­лический опрос, т.е. последовательное обращение к каждому вто­ричному узлу в порядке очередности, определяемой списком опроса. Цикл завершается после опроса всех вторичных узлов из списка. Для сокращения потерь времени, связанных с опросом неактивных вторичных узлов (т.е. узлов, по той или иной причине не готовых к передаче данных), применяются специальные варианты процедуры опроса: наиболее активные вторичные узлы опрашиваются несколь­ко раз в течение цикла; наименее активные узлы — один раз в те­чение нескольких циклов; частота, с которой опрашиваются отдель­ные узлы, меняется динамически в соответствии с изменением ак­тивности узлов.

В сетях с многоточечными линиями применяется также опрос по принципу «готов — вперед». В каждой многоточечной линии опрос начинается с самого удаленного вторичного узла к другому, пока не достигнет узла, ближайшего к опрашивающему органу. Реализация такого принципа позволяет сократить время на распространение сиг­нала опроса от первичного узла к вторичным, однако это достигает­ся за счет усложнения системы.

Основные преимущества систем с опросом — простота реализа­ции ППД и невысокая стоимость используемого оборудования.

Недостатки таких систем:

• простаивание вторичного узла, имеющего готовые для передачи данные, в ожидании поступления сигнала «опрос»;

• неэффективное потребление дорогостоящих ресурсов канала, свя­занное с передачей служебной информации (сигналов опроса, сиг­налов ответной реакции);

• наличие узкого места по надежности (отказ первичного узла при­водит к отказу всей сети) и по пропускной способности, так как обмен данными между вторичными звеньями осуществляется толь­ко через первичный узел.

Одной из простейших модификаций ППД типа «первичный/вторич­ный» с опросом является протокол «опрос с остановкой и ожидани­ем». В системах с таким протоколом узел после передачи кадра ожида­ет от адресата подтверждения в правильности его пересылки, что со­пряжено с дополнительными затратами времени.

Рассмотрим пример по оценке времени на удовлетворение запро­са абонента в сети с опросом.

Пример 12.1. Оценить Тр,max — максимальное время реакции на запрос абонента сети, в которой реализуется ППД (метод доступа в сеть) типа «первичный/вторичный» с циклическим опросом, если известно:

М = 20 — количество активных абонентов в сети, т.е. абонентов, гото­вых немедленно передать запрос на предоставление услуги, но вынужден­ных ожидать своей очереди;

Топр= 2с — время опроса одного абонента, т.е. время на передачу сиг­нала опроса от центра управления сетью (ЦУС) к абоненту и получение от него ответа о готовности передачи запроса на обслуживание в центре обработки информации (ЦОИ);

Vим = 9600 бит/с — пропускная способность информационной магист­рали между ЦУС и ЦОИ;

Ек1 = 4096 бит — длина кадра-запроса на обслуживание (для всех або­нентов принимается одинаковой);

Т03 - 1с — время обработки запроса в ЦОИ (принимается одинаковым для всех абонентов);

Ек2 = 8192 бита — длина кадра, передаваемого от ЦОИ к абоненту и содержащего результаты обработки запроса в ЦОИ (принимается одина­ковой для всех абонентов).

Обработка запроса абонентов осуществляется последовательно: в каж­дом цикле сначала полностью обслуживается запрос первого абонента, затем второго и т.д. до 20-го; после этого начинается новый цикл. Время на передачу информации между узлами сети определяется емкостью пере­даваемой информации (временем на передачу сигнала от одного узла сети к другому пренебрегаем).

В соответствии с условиями этого примера максимальное время реак­ции на запрос в первом цикле будет для 20-го абонента (в последующих циклах это время для всех абонентов одинаково, поскольку они остаются активными). Его можно рассчитать по формуле

Непрерывный автоматический запрос на повторение передачи данных в дуплексных системах (точнее, в системах передачи данных с решающей обратной связью), которые допускают передачу данных в обоих направлениях между узлами, поддерживающими связь. В сис­темах с таким протоколом (он называется также протоколом ARQ) узел связи может автоматически запрашивать другой узел и повтор­но производить передачу данных.

В системах с протоколом ARQ на передающей и принимающей станциях устанавливаются так называемые передающие и принима­ющие окна. При установке окна выделяется время на непрерывную передачу (прием) фиксированного числа кадров и резервируются не­обходимые для такого протокола ресурсы. Кадры, принадлежащие данному окну, передаются без периодических подтверждений со сто­роны адресата о приеме очередного кадра. Подтверждение передает­ся после получения всех кадров окна, что обеспечивает экономию времени на передачу фиксированного объема информации по сравне­нию с предыдущим протоколом. Однако приемник должен иметь дос­таточный объем зарезервированного буферного ЗУ для обработки непрерывно поступающего трафика.

В системах ARQ важное значение имеет размер окна (количество кадров в окне). Чем больше окно, тем большее число кадров может быть передано без ответной реакции со стороны приемника и, следо­вательно, тем большая экономия времени достигается за счет сокра­щения передачи служебной информации. Но увеличение размера окна сопровождается выделением больших ресурсов и буферной памяти для обработки поступающих сообщений. Кроме того, это отражается на эффективности реализуемых способов защиты от ошибок. В настоя­щее время в сетях, где используется протокол ARQ, предусматрива­ются семикадровые окна, т.е. передатчик может посылать семь кад­ров без получения ответного подтверждения после каждого кадра.

Концепция скользящих окон, реализованная в протоколе ARQ, является достаточно простой. Сложность заключается лишь в том, что первичный узел, связанный с десятками и даже сотнями вторич­ных узлов, должен поддерживать окно с каждым из них, обеспечивая эффективность передачи данных, управление потоками данных.

К ППД типа «первичный/вторичный» без опроса, используемым в ТВС, относятся:

• запрос передачи/разрешение передачи;

• разрешить/запретить передачу;

• множественный доступ с временным разделением.

Первые два протокола реализуют селективные методы доступа к передающей среде, а третий — методы, основанные на резервирова­нии времени. Общим для этих протоколов является то, что инициати­ва в подаче запроса на обслуживание принадлежит, как правило, вто­ричному органу, причем запрос подается первичному органу, если действительно имеется необходимость в передаче данных или в полу­чении данных от другого органа. Эффективность этого протокола по сравнению с ППД с опросом будет тем выше, чем в большей степени вторичные органы отличаются друг от друга по своей активности, т.е. по частоте подачи запросов на обслуживание. В этом легко убе­диться на конкретных примерах.

 

Пример 12.2. Оценить Т р,мах при тех же исходных данных, что и в при­мере 12.1, но для другого ППД, а именно: ППД типа «первичный/вторич­ный» без опроса.

 

В соответствии с принятым ППД из запросов абонентов в ЦУС форми­руется очередь, которая «рассасывается» по принципу «первый пришел — первый обслужен». Для первого поступившего в ЦУС запроса время об­служивания будет минимальным:

Тр,min = Топр + Еk1 +/ Vим + Тоз + Ек2 /Vим

 

Тр,min =2 + 4096 / 9600 + 1 + 8192/9600=4,28 с.

Максимальное время реакции на запрос будет для абонента, запрос которого оказался последним в очереди. Следовательно,

Тр max = Топр + Тоr,max + Е к1 / Vим + Тоз + Ек2 /Vим = Тр, минor, max

 

где Tor, max — максимальное время пребывания запроса на обслуживание в очере­ди, причем

Tor, max =(M-1) (Тр,min - Топр);

Tor, max =(20 -1) (4,28-2) = 43,32 с.

Тогда

Тр max = 4,28+ 43,32 = 47,6 с.

Пример 12.3. По условиям примеров 12.1 и 12.2 найти максимально допустимое число активных абонентов в сети, если задано допустимое время реакции на запрос Тp, доп, равное 60 с.

По условиям примера 12.1:

 

Как видно, при одних и тех же исходных данных и при условии, когда все абоненты сети являются активными, в сетях без опроса максимальное время реакции на запрос почти в 2 раза меньше, чем в сетях с опросом, а максимально допустимое число активных абонентов при ограничении времени реакции на запрос — почти в 2 раза больше.

Протокол типа «запрос передачи/разрешение передачи» применя­ется довольно широко в полудуплексных каналах связи ЛВС, так как взаимосвязан с распространенным короткодистанционным физическим интерфейсом RS-232-C. В соответствии с этим протоколом организа­ция передачи данных между терминалом (вторичным органом) и ЭВМ (первичным органом) производится в такой последовательности: вы­дача терминалом запроса на передачу — выдача ЭВМ сигнала разре­шения на передачу терминалом — передача данных от терминала к ЭВМ — сброс сигнала машиной — прекращение передачи терминалом.

Протокол типа «разрешить/запретить передачу» часто исполь­зуется периферийными устройствами (печатающими устройствами, графопостроителями) для управления входящим в них трафиком. Глав­ный орган (обычно ЭВМ) посылает данные в удаленный периферий­ный узел, скорость работы которого существенно меньше скорости работы ЭВМ и скорости передачи данных каналом. В связи с этим возможно переполнение буферного ЗУ периферийного узла. Для пре­дотвращения переполнения периферийный узел посылает к ЭВМ сиг­нал «передача выключена». Получив такой сигнал, ЭВМ прекраща­ет передачу и сохраняет данные до тех пор, пока не получит сигнал «разрешить передачу», означающий, что периферийный узел готов принять новые данные, так как буферное ЗУ освободилось.

Множественный доступ с временным разделением широко исполь­зуется в спутниковых сетях связи. Главная (эталонная) станция при­нимает запросы от вторичных (подчиненных) станций на предостав­ление канала связи и, реализуя ту или иную дисциплину обслужива­ния запросов, определяет, какие именно станции и когда могут использовать канал в течение заданного промежутка времени, т.е. пре­доставляет каждой станции слот. Получив слот, вторичная станция осуществляет временную подстройку, чтобы произвести передачу данных за заданный слот.

Одноранговые ППД разделяются на две группы: без приоритетов (в неприоритетных системах) и с учетом приоритетов (в приоритет­ных системах).

Мультиплексная передача с временным разделением — наиболее простая равноранговая неприоритетная система, где реализуются методы доступа к передающей среде, основанные на резервировании времени. Здесь используется жесткое расписание работы абонентов: каждой станции выделяется интервал времени (слот) использования канала связи, и все интервалы распределяются поровну между станциями. Во время слота станция получает канал в свое полное распо­ряжение. Такой протокол отличается простотой в реализации и широ­ко применяется в глобальных и локальных сетях. Недостатки протокола:

• возможность неполного использования канала, когда станция, по­лучив слот, не может загрузить канал полностью из-за отсутствия необходимого объема данных для передачи;

• нежелательные задержки в передаче данных, когда станция, име­ющая важную и срочную информацию, вынуждена ждать своего слота или когда выделенного слота недостаточно для передачи подготовленных данных и необходимо ждать следующего слота.

Система с контролем несущей (с коллизиями) реализует метод слу­чайного доступа к передающей среде (метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий, CSMA/CD — Саnеr Sense Maltiple Access with Collision Detection) и применяется в основном в локальных сетях. Все станции сети, будучи равноправными, перед началом передачи работают в режиме прослушивания канала. Если канал свободен, станция начинает передачу; если занят, — станция ожи­дает завершения передачи. Через некоторое случайное время она сно­ва обращается к каналу.

Поскольку сеть CSMA/CD является равноранговой, в результате соперничества за канал могут возникнуть коллизии: станция В может передать свой кадр, не зная, что станция А уже захватила канал, по­скольку от станции А к станции В сигнал распространяется за конеч­ное время. В результате станция В, начав передачу, вошла в конф­ликт со станцией А (коллизия со станцией А).

Каждая станция способна одновременно и передавать данные, и «слушать» канал. При наложении двух сигналов в канале начинают­ся аномалии (в виде аномального изменения напряжения), которые обнаруживаются станциями, участвующими в коллизии.

Важным аспектом коллизии является окно коллизий, представля­ющее собой интервал времени, необходимый для распространения сигнала по каналу и обнаружения его любой станцией сети. В наи­худших для одноканальной сети условиях время, необходимое для обнаружения столкновения сигналов (коллизии), в два раза больше задержки распространения, так как сигнал, образовавшийся в резуль­тате коллизии, должен распространяться обратно к передающим стан­циям. Чтобы окно коллизии было меньше, такой способ доступа це­лесообразно применять в сетях с небольшими расстояниями между станциями, т.е. в локальных сетях. Кроме того, вероятность появле­ния коллизий возрастает с увеличением расстояния между станциями сети.

Коллизия является нежелательным явлением, так как приводит к ошибкам в работе сети и поглощает много канального времени для ее обнаружения и ликвидации последствий. Поэтому желательно реализовать некоторый алгоритм, позволяющий либо избежать коллизий, либо минимизировать их последствия.

В сети CSMA/CD эта проблема решается на уровне управления доступом к среде путем прекращения передачи кадра сразу же после обнаружения коллизии.

При обработке коллизии компонент управления доступом к среде передающей станции выполняет две функции:

• усиливает эффект коллизии путем передачи специальной после­довательности битов, называемой затором. Цель затора — сде­лать коллизию настолько продолжительной, чтобы ее смогли за­метить все другие передающие станции, которые вовлечены в кол­лизию. В ЛВС CSMA/CD затор состоит по меньшей мере из 32 бит, но не более 48 бит. Ограничение длины затора сверху необхо­димо для того, чтобы станции ошибочно не приняли его за дей­ствительный кадр. Любой кадр длиной менее 64 байт считается фрагментом испорченного сообщения и игнорируется принимаю­щими станциями сети;

• после посылки затора прекращает передачу и планирует ее на бо­лее позднее время, определяемое на основе случайного выбора ин­тервала ожидания.

Системы с доступом в режиме соперничества реализуются доста­точно просто и при малой загрузке обеспечивают быстрый доступ к передающей среде, а также позволяют легко подключать и отклю­чать станции. Они обладают высокой живучестью, поскольку боль­шинство ошибочных и неблагоприятных условий приводит либо к молчанию, либо к конфликту (а обе эти ситуации поддаются обра­ботке) и, кроме того, нет необходимости в центральном управляю­щем органе сети. Их основной недостаток: при больших нагрузках время ожидания доступа к передающей среде становится большим и меняется непредсказуемо, следовательно, не гарантируется обеспе­чение предельно допустимого времени доставки кадров. Такие систе­мы применяются в незагруженных локальных сетях с небольшим чис­лом абонентских станций (с увеличением числа станций увеличива­ется вероятность возникновения конфликтных ситуаций).

Метод передачи маркера широко используется в неприоритетных и приоритетных сетях с магистральной (шинной), звездообразной и кольцевой топологией. Он относится к классу селективных методов: право на передачу данных станции получают в определенном по­рядке, задаваемом с помощью маркера, который представляет собой уникальную последовательность бит информации (уникальный кадр). Магистральные сети, использующие этот метод, называются сетями типа «маркерная шина», а кольцевые сети — сетями типа «маркерное кольцо».

В сетях типа «маркерная шина» (рис. 12.5) доступ к каналу обес­печивается таким образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается использование канала некольцевого типа (шинного, звездообразного).

Рис.12.5 Протокол типа «маркерная шина»

 

Право пользования каналом передается организованным путем. Маркер (управляющий кадр) содержит адресное поле, где записыва­ется адрес станции, которой предоставляется право доступа в канал. Станция, получив маркер со своим адресом, имеет исключительное право на передачу данных (кадра) по физическому каналу. После пе­редачи кадра станция отправляет маркер другой станции, которая является очередной по установленному порядку владения правом на передачу. Каждой станции известен идентификатор следующей стан­ции. Станции получают маркер в циклической последовательности, при этом в физической шине формируется так называемое логичес­кое кольцо. Все станции «слушают» канал, но захватить канал для передачи данных может только та станция, которая указана в адрес­ном поле маркера. Работая в режиме прослушивания канала, принять переданный кадр может только та станция, адрес которой указан в поле адреса получателя этого кадра.

В сетях типа «маркерная шина», помимо передачи маркера, реша­ется проблема потери маркера из-за повреждения одного из узлов сети и реконфигурации логического кольца, когда в кольцо добавляется или из него удаляется один из узлов.

Преимущества такого метода доступа очевидны:

• не требуется физического упорядочения подключенных к шине станций, так как с помощью механизма логической конфигура­ции может быть обеспечен любой порядок передачи маркера стан­ции, т. е. с помощью этого механизма осуществляется упорядоче­ние использования канала станциями;

• имеется возможность использования в загруженных сетях;

• возможна передача кадров произвольной длины.

Протокол типа «маркерное кольцо» применяется в сетях с кольце­вой топологией, которые относятся к типу сетей с последовательной конфигурацией, где широковещательный режим работы невозможен. В таких сетях сигналы распространяются через однонаправленные двух­точечные пути между узлами. Узлы и однонаправленные звенья соеди­няются последовательно, образуя физическое кольцо (рис. 12.6). В от­личие от сетей с шинной структурой, где узлы действуют только как передатчики или приемники и отказ узла или удаление его из сети не влияет на передачу сигнала к другим узлам, здесь при распростране­нии сигнала все узлы играют активную роль, участвуя в ретрансля­ции, усилении, анализе и модификации приходящих сигналов.

Рис. 12.6. Протокол типа «маркерное кольцо»:

а — маркер свободен; б — маркер занят; М - маркер; К - кадр; КИУ — кольцевое интерфейсное устройство

Как и в случае маркерной шины, в протоколе типа «маркерное кольцо» в качестве маркера используется уникальная последователь­ность битов. Однако маркер не имеет адреса. Он снабжается полем занятости, в котором записывается один из кодов, обозначающих со­стояние маркера — свободное или занятое. Если ни один из узлов сети не имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу, совершая однонаправленное (обычно против часовой стрел­ки) перемещение (рис. 12.6, а). В каждом узле маркер задерживается на время, необходимое для его приема, анализа (с целью установле­ния занятости) и ретрансляции. В выполнении этих функций задей­ствованы кольцевые интерфейсные устройства (КИУ).

Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен и что любая станция, имеющая данные для передачи, может его использо­вать. 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 (рис. 12.6, б). Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель, удостоверив­шись по адресной части кадра, что именно ей он адресован, снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободное мо­жет тот 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, после чего любой узел может захватить маркер и начать передачу данных. С целью предотвращения монополизации канала станция-отправитель не может повторно использовать возвращенный к ней маркер для пе­редачи другого кадра данных. Если после передачи свободного мар­кера в кольцо он, совершив полный оборот, возвращается к станции-отправителю в таком же состоянии (это означает, что все другие стан­ции сети не нуждаются в передаче данных), станция может совершить передачу другого кадра.

В кольцевой сети с передачей маркера также решается проблема потери маркера в результате ошибок при передаче или при сбоях в узле. Отсутствие передач в сети означает потерю маркера. Функции восстановления кольца в таких случаях выполняет сетевой мониторный узел.

Основные преимущества протокола типа «маркерное кольцо»:

• имеется возможность проверки ошибок при передаче данных: стан­ция-отправитель, получив свой кадр от станции-получателя, све­ряет его с исходным вариантом кадра. В случае наличия ошибки кадр передается повторно;

• канал используется полностью, его простои отсутствуют;

• протокол может быть реализован в загруженных сетях;

• имеется принципиальная возможность (и в некоторых сетях она реализована) осуществлять одновременную передачу нескольки­ми станциями сети. Недостатки такого протокола:

• невозможность передачи кадров произвольной длины;

• в простейшем (описанном выше) исполнении не предусматривает-. ся использование приоритетов, вследствие чего станция, имеющая для передачи важную информацию, вынуждена ждать освобожде­ния маркера, что сопряжено с опасностью несвоевременной дос­тавки данных адресату;

• протокол целесообразно использовать только в локальных сетях с относительно небольшим количеством узлов, так как в против­ном случае время на передачу данных может оказаться неприем­лемо большим.

Равноранговые приоритетные системы представлены тремя под­ходами, реализованными в приоритетных слотовых системах (в сиcтемах с приоритетами и временным квантованием), в системах с кон­тролем несущей без коллизий и в системах с передачей маркера с при­оритетами.

Приоритетные слотовые системы подобны бесприоритетным системам, в которых осуществляется мультиплексная передача с вре­менным разделением. Однако использование канала производится здесь на приоритетной основе. В качестве критериев для установле­ния приоритетов применяются следующие: предшествующее владе­ние слотом; время ответа, которое удовлетворяет станцию-отправи­теля; объем передаваемых данных (чем меньше объем, тем выше при­оритет) и др.

Приоритетные слотовые системы могут быть реализованы без главной станции, управляющей использованием слотов. Управление обеспечивается путем загрузки параметров приоритетов в каждой станции. Кроме возможности децентрализованного обслуживания, такие системы могут применяться в загруженных сетях. Недостатки протокола: данные должны передаваться строго определенной длины (в течение заданного слота они должны быть переданы); существует возможность простоя канала, присущая всем протоколам, которые реализуют методы доступа, основанные на резервировании времени.

В системах с контролем несущей без коллизий, в отличие от ана­логичных систем с коллизиями, используется специальная логика для предотвращения коллизий. Каждая станция сети, в которой реализу­ется такая система обслуживания запросов, имеет дополнительное ус­тройство — таймер или арбитр. Это устройство определяет, когда станция может вести передачу без опасности появления коллизий. Главная станция для управления использованием канала не предус­матривается.

Установка времени на таймере, по истечении которого станция может вести передачу данных, осуществляется на приоритетной осно­ве. Для станции с наивысшим приоритетом переполнение таймера на­ступает раньше. Если станция с высоким приоритетом не намерена вести передачу, канал будет находиться в состоянии покоя, т.е. свободен, и тогда следующая по приоритету станция может захватить канал.

Системы с контролем несущей без коллизий могут использовать­ся в более загруженных и протяженных сетях. Уменьшается также время простоя канала. Все это достигается за счет усложнения обо­рудования системы.

Приоритетные системы с передачей маркера применяются обыч­но в кольцевых локальных сетях. Здесь преодолен недостаток, харак­терный для неприоритетных систем с передачей маркера.

Каждой станции сети определен свой уровень приоритета, причем чем выше уровень приоритета, тем меньше его номер. Назначение приоритетной схемы состоит в том, чтобы дать возможность каждой станции зарезервировать использование канала для следующей пере- дачи по кольцу. Каждый узел анализирует перемещающийся по коль­цу маркер, который содержит поле резервирования (ПР). Если соб­ственный приоритет выше, чем значение приоритета в ПР маркера, станция увеличивает значение приоритета в ПР до своего уровня, резервируя тем самым маркер на следующий цикл. Если в данном цикле какой-то другой узел не увеличит еще больше значение уровня приоритета в ПР, этой станции разрешается использовать маркер и канал во время следующего цикла передачи по кольцу (за время цик­ла маркер совершает полный оборот по кольцу).

Для того чтобы запросы на обслуживание со стороны станций с низким приоритетом не были потеряны, станция, захватившая мар­кер, должна запомнить предыдущее значение ПР в своем ЗУ. После «высвобождения» маркера, когда он завершит полный оборот по коль­цу, станция восстанавливает предыдущий запрос к сети, имеющий более низкий приоритет.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...