ЧАСТЬ 3.
3. 1. Системы без приоритетов.
3. 1. 1. Мультиплексная передача с временным разделением
(TDM), или слот.
Мультиплексная передача с временным разделением (TDM) является, возможно, самым простым примером равноранговых неприоритетных систем. В системе TDM каждой станции выделяется интервал времени (слот) использования канала связи и все интервалы распределяются поровну между пользователями. Каждый пользователь во время этого интервала времени получает канал в свое полное распоряжение. Метод TDM используется как в ЛС, так и ГС.
3. 1. 2. Вставка регистра.
В ряде сетей с кольцевой топологией для управления трафиком используется метод вставки регистра. Любая станция может вести передачу при условии, что канал находится в состоянии покоя. Если во время передачи она получает кадр, он записывается в регистр и передается вслед за кадром станции. Этот подход допускает "подсадку" в кольце нескольких кадров. Вставка регистра является развитием метода "слотированного кольца".
3. 1. 3. Система с контролем несущей ( с коллизиями).
Сети с контролем несущей (с коллизиями) являются еще одним примером равноранговых бесприоритетных систем. Этот метод широко используется в локальных вычислительных сетях. В сети с контролем несущей все станции имеют равное право на использование канала. (Однако можно ввести систему приоритетов на основе различных времен выдержки для различных устройств). Прежде чем начать передачу, требуется, чтобы станции "прослушали" канал и определили, является ли канал активным (т. е. ведет ли какая-либо другая станция передачу данных по каналу). Если канал находится в состоянии покоя, любая станция, имеющая данные для передачи, может послать свой кадр в канал. Если канал занят, станции должны ждать
Иллюстрацией сети с контролем несущей (с коллизией) является рис. 1. Станции А, В, С и D подключены к шине или каналу (с горизонтальной топологией) с помощью шинных интерфейсных устройств . Предположим, что станции А и В должны передать данные;однако в это время канал использует станция D, поэтому интерфейсные устройства станций А и В "слушают" и ждут окончания передачи кадра из станции D. Как только линия переходит в состояние покоя (рис 1 б), станции А и В пытаются захватить канал.
В сетях с контролем несущей предусмотрено несколько методов захвата канала. Одним из методов является метод "ненастойчивого" контроля несущей, обеспечивающего всем станциям возможность начинать передачу немедленно после того, как обнаруживается, что канал свободен (без арбитража перед передачей). В случае если канал занят, станции выжидают случайный период времени перед тем, как снова проверить состояние канала. Другим методом, который используется в системах с квантованием времени, является метод"р-настойчивого" контроля несущей;он предусматривает для каждой станции некотрый алгоритм ожидания (р означает вероятность). Например, станции А и В не начинают немедленно передачу после того, как контроль обнаружил, что канал перешел в состояние покоя;в этом случае каждая станция вызывает программу генерации случайного числа - времени ожидания (обычно несколько микросекунд). Если станция обнаруживает, что канал занят, она выжидает некотрый период времени (слот) и делает новую попытку. Она произведет передачу в освободившийся канал с вероятностью р и с вероятностью 1-р отложит передачу до следующего слота. Однако, имеется еще один метод - "1-настойчивого" контроля несущей, предусматривающий, что станция начинает передачу сразу же после того, как обнаруживает, что канал находится в состоянии покоя. Когда возникает коллизия, перед тем как снова произвести контроль канала, станции выжидают в течение случайного периода времени. Этот метод называется "1-настойчивым" потому, что станция производит передачу с вероятностью 1, когда обнаруживает, что канал свободен.
Метод "р-настойчивого" контроля разработан с двоякой целью : во-первых, уменьшить время пребывания канала в состоянии покоя, что обеспечивается методом "1-настойчивого" контроля несущей, и, во-вторых, уменьшить вероятность коллизий, на что направлен метод "ненастойчивого контроля"Однако величина р должна быть выбрана достаточно небольшой, чтобы обеспечить приемлимые эксплутационные характеристики. Это может показаться удивительным, но многие поставщики и рабочие группы по стандартизации оказывают предпочтение методу "1-настойчивого" контроля.
Продолжая рассматривать системы с контролем несущей, будем считать, что станция А на рис. 1в захватывает канал до того, как станция В имеет возможность закончить свое ожидание в течение случайно выбранного времени. По истечении этого времени она "прослушивает" канал и определяет, что А начала передачу данных и захватила канал. Следовательно, в условиях занятости канала необходимо придерживаться одного из трех методов пока он не освободился
Так как требуется некоторое время, чтобы данные, переданные станцией А, достигли станции В, станция В может и не знать, что в канале распределяется сигнал. В этой ситуации канал В может передавать свой кадр, даже если предположить, что станция А захватила канал. Эта проблема называется окном коллизии. Окно коллизии - это фактор задержки распространения сигнала и расстояния между двумя конкурирующими станциями. Например, если А и В отстоят друг от друга на расстоянии 1 км, сигналу станции А потребуется примерно 4, 2мкс, чтобы достичь станции В. За это время В имеет возможность начать передачу, что приводит к коллизии со станцией А.
Сети с контролем несущей обычно реализуются в локальных сетях, потому что окно коллизии увеличивается по мере увеличения длины глобального канала. В протяженном канале возникает больше коллизий и уменьшается пропускная способность сети. Обычно большая задержка распространения (большая задержка до того момента, когда некоторая станция узнает о том, что другая станция ведет передачу) вызывает большую вероятность коллизий. Большая длина кадров может уменьшить эффект длительной задержки.
В случае коллизии станции имеют возможность определить искаженные данные. Каждая станция способна одновременно вести передачу и "слушать". Когда происходит наложение двух сигналов, в уровне напряжения в канале возникают аномалии, которые обнаруживаются станциями, участвующими в коллизии. Эти станции прекращают передачу и после случайного времени ожидания пытаются снова захватить канал. Случайность времени ожидания является определенной гарантией того, что коллизия не повторится, так как мало вероятно, что в конкурирующих станциях будет сгенерировано одинаковое случайное время ожидания.
Сети с контролем несущей обобщены в табл. 1.
3. 1. 4. Передача маркера.
Передача маркера - это еще один метод, широко используемый для реализации равноранговых неприоритетных и приоритетных систем. Приоритетные системы будут рассмотрены позднее. Этот метод применяется во многих локальных сетях. Некотрые системы с передачей маркера реализованы на основе горизонтальной шинной топологии, другие - на основе кольцевой топологии.
Станции подключаются к кольцу с помощью кольцевого интерфейсного устройства (КИУ). Каждое КИУ отвечает за контроль данных, проходящих через него, а также за функции усиления-формирования сигнала (регенерацию сообщения) и передачу его до следующей станции. Если адрес заголовка сообщения показывает, что данные предназначены некоторой станции, интерфейсное устройство копирует данные и передает информацию устройству ООД пользователя или устройствам ООД, подключенным к нему.
Если кольцо находится в состоянии покоя (то есть кольцо не занимают никакие данные пользователя), "свободный"маркер передается по кольцу от узла к узлу. Маркер используется для управления использованием кольца с помощью индикации состояний "свободен" или "занят". Наличие занятого маркера является признаком того, что некоторая станция захватила кольцо и передает данные. Свободный маркер означает, что кольцо свободно и что любая станция, имеющая данные для передачи, может использовать маркер для передачи данных. Управление кольцом последовательно передается по кольцу от узла к узлу. Этот метод реализуется в системах с явным маркером, называемых так потому, что любой станции разрешено передавать данные, когда она получает свободный маркер.
В то время, когда станция владеет маркером, она контролирует сеть. Захватив маркер (т. е. пометив его признаком "занят"), передающая станция (станция А на рис. 2) помещает данные вслед за маркером и передает эти данные в кольцо. Мониторные функции КИУ заключаются в регенерации сигнала, проверке адреса в заголовке данных и передаче данных следующей станции. В конце концов данные будут получены станцией-отправителем. Эта станция должна будет пометить маркер признаком "свободен" и передать его следующей станции в кольце. Это требование предотвращает монополизацию всего кольца одной станцией. Если маркер обходит кольцо и его не использует ни одна станция, то эта станция (отправитель) может опять захватить маркер и передать данные.
В некоторых системах предусматривается, что маркер удаляется из кольца, кадр другого пользователя помещается после первого элемента данных, а маркер помещается позади последнего элемента данных. Это дает эффект "подсадки" кадров ( piggybacking) в сети, аналогичной вставке регистра, который приводит к циркуляции в кольце кадров нескольких пользователей. "Подсадка" особенно эффективна в случае больших колец, для которых характерно большое время задержки передачи по кольцу.
Маркерная шина. Системы, основанные на маркерной шине, обеспечивают доступ к каналу таким образом, как если бы он был физическим кольцом. Протокол устраняет коллизии, которые могут иметь место в системах с контролем несущей ( с коллизиями) и допускают использование канала некольцевого (шинного) типа. Простой пример такой системы представлен на рис. 3.