Методы доступа.
Методы доступа и их классификация
Метод доступа (access method) – это набор правил, регламентирующих способ получения в пользование (“захвата”) среды передачи. Метод доступа определяет, каким образом узлы получают возможность передавать данные.
Выделяют следующие классы методов доступа:
– селективные методы;
– состязательные методы (методы случайного доступа);
– методы, основанные на резервировании времени;
– кольцевые методы.
Все методы доступа, кроме состязательных, образуют группу методов детерминированного доступа.
При использовании селективных методов для того, чтобы узел мог передавать данные, она должна получить разрешение. Метод называется опросом (polling), если разрешения передаются всем узлам по очереди специальным сетевым оборудованием. Метод называется передачей маркера (token passing), если каждый узел по завершении передачи передает разрешение следующей.
Методы случайного доступа (random access methods) основаны на “состязании” узлов за получение доступа к среде передачи. Случайный доступ может быть реализован различными способами: базовым асинхронным, с тактовой синхронизацией моментов передачи кадров, с прослушиванием канала перед началом передачи (“слушай, прежде чем говорить”), с прослушиванием канала во время передачи (“слушай, пока говоришь”). Могут быть использованы одновременно несколько способов из перечисленных.
Методы, основанные на резервировании времени, сводятся к выделению интервалов времени (слотов), которые распределяются между узлами. Узел получает канал в свое распоряжение на всю длительность выделенных ей слотов. Существуют варианты методов, учитывающие приоритеты – узлы с более высоким приоритетам получают большее количество слотов.
Кольцевые методы используются в ЛВС с кольцевой топологией. Кольцевой метод вставки регистров заключается в подключении параллельно к кольцу одного или нескольких буферных регистров. Данные для передачи записываются в регистр, после чего узел ожидает межкадрового промежутка. Затем содержимое регистра передается в канал. Если во время передачи поступает кадр, он записывается в буфер и передается после своих данных.
Различают клиент-серверные и одноранговые методы доступа. Клиент-серверные методы доступа предполагают наличие в сети центрального узла, управляющего всеми остальными. Такие методы распадаются на две группы: с опросом и без опроса.
Среди методов доступа с опросом наиболее распространены “опрос с остановкой и ожиданием” и “непрерывный автоматический запрос на повторение” (ARQ). В любом случае первичный узел последовательно передает узлам разрешения на передачу данных. Если узел имеет данные для передачи, он выдает их в среду передачи, если нет – либо выдает короткий пакет данных типа “данных нет”, либо просто ничего не передает.
При использовании одноранговых методов доступа все узлы равноправны. Мультиплексная передача с временным разделением – наиболее простая одноранговая система без приоритетов, использующая жесткое расписание работы узлов. Каждому узлу выделяется интервал времени, в течение которого узел может передавать данные, причем интервалы распределяются поровну между всеми узлами.
Примерами методов доступа являются:
- множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD);
- множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access – TPMA) или метод с передачей маркера;
- множественный доступ с разделением во времени (Time Division Multiple Access – TDMA);
- множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multi-ple Access – FDMA) или множественный доступ с разделением длины волны (Wavelength Division Multiple Access – WDMA).
Метод доступа с контролем несущей и определением коллизий
Множественный доступ с контролем несущей и определением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) – наиболее распространенный метод случайного доступа из применяющихся в локальных сетях. Все узлы сети постоянно прослушивают канал (контроль несущей). Если узел имеет данные для передачи, он дожидается тишины в канале и начинает передачу. При этом может оказаться так, что другой узел тоже обнаружил, что канал свободен и тоже начал передачу. Такая ситуация называется коллизией. Поскольку все узлы, передавая данные, продолжают прослушивать канал, они могут обнаружить наложение сигналов от разных источников. При обнаружении коллизии передающие узлы выдают в канал специальную последовательность битов – “затор”, служащий для оповещения остальных узлов о коллизии. Затем все передающие узлы прекращают передачу и планируют ее на более позднее время. Величина паузы выбирается случайным образом.
Алгоритм данного метода приведен на рис. 1.
Рис. 1. Алгоритм CSMA/CD.
Маркерные методы доступа
Метод передачи маркера относится к селективным детерминированным одноранговым методам доступа. Сети с шинной топологией, использующие передачу маркера, называются сетями типа “маркерная шина” (token bus), а кольцевые сети – сетями типа “маркерное кольцо” (token ring). Алгоритм множественного доступа с передачей полномочия, или маркера, приведен на рис. 2.
Рис. 1. Алгоритм TPMA.
В сетях типа “маркерная шина” маркер представляет собой кадр, содержащий поле адреса, в которое записывается адрес узла, которой предоставляется право доступа к среде передачи. После передачи кадра данных, передающий узел записывает в маркер адрес следующего узла и выдает маркер в канал.
Сети типа “маркерное кольцо”, являясь сетями с кольцевой топологией, обладают последовательной конфигурацией: каждая пара узлов связана отдельным каналом, а для функционирования сети необходимо функционирование всех узлов. В таких сетях маркер не содержит адреса узла, которому разрешена передача, а содержит только поле занятости, которое может содержать одно из двух значений: “занят” и “свободен”. Когда узел, имеющий данные для передачи, получает свободный маркер, он меняет состояние маркера на “занят”, а затем передает в канал маркер и свой кадр данных. Станция-получатель, распознав свой адрес в кадре данных, считывает предназначенные ей данные, но не меняет состояния маркера. Изменяет состояние маркера на “свободен” (после полного оборота маркера с кадром данных по кольцу) тот узел, который его занял. Кадр данных при этом удаляется из кольца. Узел не может повторно использовать маркер для передачи другого кадра данных, а должен передать свободный маркер дальше по кольцу и дождаться его получения после одного или нескольких оборотов.
Равноранговые приоритетные системы включают приоритетные слотовые системы, системы с контролем несущей без коллизий и системы с передачей маркера с приоритетами.
Приоритетные слотовые системы подобны системам с мультиплексной передачей с временным разделением, но выдача слотов происходит с учетом приоритетов узлов. Критериями для установления приоритетов могут являться: предшествующее владение слотом, время ответа, объем передаваемых данных и др.
Системы с контролем несущей без коллизий (CSMA/CA, Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) отличаются от систем с обнаружением коллизий наличием у узлов таймеров, определяющих безопасные моменты передачи. Длительности таймеров устанавливаются в зависимости от приоритетов узлов: станции с более высоким приоритетом имеют меньшую длительность таймера.
Приоритетные системы с передачей маркера определяют приоритеты узлов таким образом, что чем меньше номер узла, тем выше его приоритет. Маркер при этом содержит поле резервирования, в которое узел, собирающийся передавать данные, записывает свое значение приоритета. Если в кольце встретится узел с более высоким приоритетом, который тоже имеет данные для передачи, этот узел запишет свое значение приоритета в поле резервирования, чем перекроет предыдущую заявку (сохранив старое значение поля резервирования в своей памяти). Если маркер, поступивший на узел, содержит в поле резервирования значение приоритета данного узла, данный узел может передавать данные. После оборота маркера по кольцу и его освобождения, передававший узел должен восстановить в маркере значение поля резервирования, сохраненное в памяти.