Основные методы доступа к среде.

Основные методы доступа можно свести с следующим классам:

1.Случайный доступ

2.Проиритетный доступ

3.Прапорциональный доступ

4.Локально-приоритетный доступ.

 

При случайном доступе источники передают информацию сразу же, как только она готова. При возникновении конфликта производится повтор передачи.

При приоритетном доступе источники сначала предают в канал управляющую информацию, задающую их приоритеты. В результате канал занимает единственный источник с наибольшим приоритетом.

Пропорциональный доступ исключает возможность конфликта источников за счет изначального задания очередности доступа абонентов к каналу.

При локально-приоритетном доступе любой источник сравнивает приоритет своего сообщения с приоритетом сообщения, входящего из передающей среды в его каналообразующую аппаратуру. Дальше по каналу источник передает сообщение с более высоким приоритетом, а другое оставляет у себя для последующей передачи. При отсутствии передачи в канале источник передает свое сообщение независимо от его приоритета.

Случайный доступ.

Здесь используются несинхронный и синхронный способ ALOHA. При этом приемник передает в канал подтверждение бесконфликтной передачи. Отсутствие подтверждения в течение тайм-аута(, где – максимальная по времени длина между источником и приемником) является признаком конфликта. В синхронной ALOHA кадры задаются интервалами между синхрометками от центрального синхронизатора.

С целью исключения из канала подтверждений используется прямая и обратная ветвь (петля). По обратной ветви пакеты широковещательным способом передаются всем абонентам.

Это справедливо для шинной структуры. Для кольцевой структуры обе ветви есть (замыкается прямая и обратная ветви). Недостатки и преимущества этого метода были рассмотрены ранее (мала эффективность использования канала, простота). Повысить эффективность использования канала позволяет метод, называемый

Случайный доступ с прослушиванием несущей (СДПН-CSDA).

В этом методе каждый источник проверяет наличие передачи в канале (занятость канала) и передает пакет, только если в канале нет передачи (канал свободен). При этом имеются несколько вариантов СДПН.

Ненастойчивый СДПН.

Источник проверяет занятость канала. Если канал свободен, то источник передает пакет и проверяет его бесконфликтность. Если канал занят, то через случайный интервал времени опять происходит прослушивание канала. При конфликте тоже через случайное время опять происходит прослушивание канала.

1-настойчивый СДПН.

Источник проверяет занятость канала. Если канал свободен, то происходит передача пакета и проверка бесконфликтности, если занят – производится прослушивание канала. При обнаружении конфликта через случайное время производится повторное прослушивание канала.

P-настойчивый СДПН.

Источник проверяет занятость канала. Если канал свободен, то с вероятностью P производится передача пакета, а с вероятностью 1-Р производится прослушивание. Если канал занят, то - прослушивание, при конфликте чрез случайное время производится повторное прослушивание.

Для всех приведенных вариантов СДПН характеризует то, что источник обнаруживает конфликт после передачи всего пакета.

Существует возможность повышения характеристик метода СДПН. Она заключается в том, что необходимо обнаруживать как можно раньше и прерывать передачу наловившихся пакетов. Для этого надо обнаруживать конфликт не по искажению целых пакетов, а по наложению отдельных разрядов.

Этот метод называется

Случайный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий

(СДПН-ОН – CSMA-CD)

Метод следующий. Источник проверяет занятость канала. Если канал свободен, то производится передача пакета и одновременно происходит отслеживание наложений разрядов в канале. Если канал занят, то – повтор прослушивания. При обнаружении наложения источник прекращает передачу и через случайное время производит повтор прослушивания канала.

Это 1-настойчивый СДПН-ОН. По аналогии с СДПН можно ввести ненастойчивый и Р- настойчивый СДПН-ОН.

Впервые метод был использован в сети Ethernet.Здесь при передаче пакета одновременно передается и несбалансированная постоянная составляющая напряжения. При одновременной передаче пакетов (конфликт) эта постоянная составляющая удваивается и это удвоение обнаруживается детекторами станций. Передачи пакетов прекращаются. А вообще-то для гарантированного обнаружения конфликта всеми участвующими источниками в СДПН-ОН применяется насильственное оповещение о конфликте. Источник, который обнаруживает наложение разрядов в канале, передает в канал признак наложения.

Достоинства и недостатки случайного доступа:

Достоинства:

1. Малые задержки при низкой загрузке канал

2. Слабая зависимость характеристик доступа от числа абонентов.

Недостатки:

1. Низкая эффективность канала.

2. Невозможность обеспечить гарантированное время бесконфликтной передачи пакета (возрастание средней задержки сети при возрастании нагрузки).

3. Отсутствие возможности доступа по динамическим приоритетам.

 

Приоритетный доступ.

Децентрализованное кодовое управление (ДКУ).

Здесь источники занимают канал после выполнения процедуры, гарантирующей разрешение конфликта. Эта процедура(борьба за канал) сводится к передаче в канал управляющей информации, задающей приоритеты источников, и выделению при этом источника со старшим приоритетом.

Приоритеты задаются кодами. Каждый источник различает свободный и занятый канал.

Источник ожидает исчезновение сигналов в канале – наступление паузы. В этом случае он настраивается на передачу старшего разряда кода приоритета. Если значение очередного разряда равно 1, то источник в течении времени Т передает его в канал. Если значение очередного разряда кода равно 0, то источник в это время прослушивает канал. Если передача есть (при 0), то источник выходит из игры и процедура возвращается к началу (то есть прослушиванию канала), в противном случае он повторяет передачу для следующего разряда кода приоритета. В итоге остается один источник со старшим приоритетом, и он передает пакет. Здесь передача 0 и отсутствие передачи не различаются. Источник, передающий 0 и принимающий 1, прекращает передачу кода.

Во всех методах приоритетного доступа сначала определяется источник с наивысшим приоритетом.

Пропорциональный доступ.

Этот метод, в котором конфликты исключаются за счет задания периодической последовательности (очередности), в которой абоненты получают возможность занятия канала.

Конкретные способы пропорционального доступа различаются видом очередности и способом ее продвижения.

По виду очередности способы различаются на 2 класса:

1. Циклическая очередность (жезловое кольцо, жезловая шина)

2. Способы, допускающие любую очередность (Polling).

По способу продвижения очередности способы делятся на синхронные и асинхронные. При синхронных способах очередность продвигается тактовыми сигналами. При асинхронных способах очередность продвигается признаком разрешения передачи (жезл).

Кроме предаваемых данных, сигнал должен содержать и синхросигналы, обеспечивающие синхронизацию приемника и передатчика. Эти синхросигналы могут предаваться в виде отметок времени по отдельному каналу (Cambridge ring) или путем их встраивания в сигналы данных.

В системах, работающих в основной полосе, частотная синхронизация часто осуществляется с помощью манчестерского или дифференциального манчестерского кодирования.

И при манчестерском, и при дифференциальном манчестерском коде смена уровня сигнала производится по крайней мере один раз в середине битового интервала. При манчестерском кодировании всегда происходит смена уровня вверх для 1 и вниз для 0 (в первой половине такта – инверсия сигнала, во второй – равно значению сигнала).

При дифференциальном манчестерском коде перепад для нуля имеет то же направление, что и в предыдущем бите, а для единицы – обратное. Благодаря большой частоте перепадов уровня синхронизация упрощается, а также допускается пропуск некоторых перепадов, используемых как сигналы управления. Преобразования сигналов в манчестерские коды и обратно производятся кодерами и декодерами.

 

 

Рис. 42. Схема кодера

 

 

Здесь на вход триггера T1 поступает сигнал с частотой опорного генератора до 20мггц. Триггер Т1 делит частоту на 2, а триггер Т2 формирует манчестерский код.

Диаграмма, отображающая процесс преобразования сигналов генратора синхронизации (ТхС) и данных (TxD) в манчестерский код (Tx), приведена ниже.

 

Рис.43. Временная диаграмма работы кодера.

 

Дешифратор кода Манчестер – II выглядит следующим образом:

Рис. 44. Схема декодера.

 

 

Рис. 45 Временная диаграмма работы декодера.

 

ФИ – формирователь импульсов; СТ – счетный триггер.

Как следует из диаграммы, отрицательные импульсы «а» на выходе ФИ возникают, когда сигнал Манчестер – II меняет свое значение (с 0 на 1 или с 1 на 0). Сигнал «b» восполняет недостающие импульсы «а». (Временную диаграмму сигнала «b» можно нарисовать, используя только диаграмму сигнала «а», то есть сигнал «b» можно получить из сигнала «а» с помощью логической схемы). Так как импульс «b» поступает на установочный вход S счетного триггера СТ, то в момент этот триггер обязательно перейдет в единичное состояние и в дальнейшем сигнал C*, снимаемый с его инверсного выхода, будет в точности повторять сигнал C.(с некоторой задержкой), начиная с момента , то есть по прошествии одного периода тактовых импульсов от момента , код NRZ*, снимаемый с выхода триггера TT полностью совпадает с кодом NRZ (с точностью до задержки передачи).

Таким образом, для того, чтобы заставить приемник войти в синхронизацию с передатчиком, достаточно на линии создать переход сигнала из 1 в 0. Последующая цепочка бит любой длины, передаваемая по линии NRZ, будет в точности повторена на линии NRZ приемника. Это же относится и к синхросигналам.

Контрольные вопросы:

1. Какие методы доступа к среде используются в ЛВС?

2. Каковы недостатки случайного метода доступа?

3. Какова функция манчестерского кодирования?

4. Какие достоинства у пропорционального метода доступа?

5. В чем заключается метод доступа СДПН-ОН?

6. Какова функция формирователя импульсов в декодере?

7. Что такое Polling?

Лекция № 14.

Локальная сеть Ethernet (IEEE 802.3).

Сеть Ethernet является наиболее популярной в настоящее время. Это объясняется ее простотой, хорошей масштабируемостью и сравнительной дешевизной. В сети Ethernet используется случайный метод доступа к среде и

простой формат кадра.

 

Преамбула	Признак начала пакета	Адрес назначения	Адрес источника	Длина данных	Данные	Набивка	CRC-сумма
		2 или 6	2 или 6		0-1500

Рис. 46. Формат кадра IEEE 802.3(Ethernet)

Преамбула. Это поле содержит 7 одинаковых байтов 10101010, предназначенных для синхронизации.

Признак начала пакета. Это поле содержит один байт 10101011.

Адрес назначения. Содержит 2 или 6 байт в зависимости от типа ЛВС (10 BASE 5 имеет 6 байт). Если значение первого бита равно 1 - пакет широковещательный, если 0 – отдельному узлу (Это в случае двухбайтного адреса). Для 6 байтового адреса второй бит – это бит универсального или локального адреса. Если этот бит равен 0, то адрес глобальный, если 1 – локальный.

Адрес источника. Длина 2 или 6 байт и содержит адрес отправителя. Первый бит всегда равен 0.

Длина – содержит информацию о длине данных.

Данные – это поле имеет длину от 0 до 1500 байт. Если длина этого поля меньше 46 байт, то следующее поле набивка используется для доведения длины пакета до нежного уровня.

Набивка. В это поле вставляются пустые символы для доведения длины пакета до минимально допустимой величины. При достаточно большой длине данных это поле может отсутствовать.

СRC – контрольная сумма.

Длина пакета находится в диапазоне от 64 до 1518 байт, не считая преамбулы и признака начала пакета.

Протокол LLC обеспечивает нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо в виде дейтаграмм, либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановления кадров.

Заголовок Ethernet

Кадр LLC

 

Рис. 47.Кадр Ethernet

 

В основе LLC лежит протокол HDLC.

Три типа процедур уровня LLC:

LLC1 – без установления соединения и без подтверждения;

LLC2 – с установлением соединения и с подтверждением;

LLC3 – без установления соединения, но с подтверждением;

LLC2 работает в режиме скользящего окна.

Использование режимов зависит от стратегии разработчиков конкретных стеков протоколов. Например, в стеке TCP/IP всегда работает LLC1(проверка поручается TCP), а в стеке Microsoft/IBM NetBios/NetBEUI используют LLC2.

Все типы кадров LLC имеют единый формат:

 

Флаг	Адрес точки службы назначения DSAP	Адрес точки входа службы источника SSAP	Поле управления	DATA	Флаг
1 байт	1 байт	1 байт	1 или 2байта		1 байт

Рис. 48. Формат кадра LLC.

 

DSAP (Destination Service Access Point) и SSAP (Source Service Access Point) указывают, какой протокол верхнего уровня вложен в пакет и какому протоколу его передать.

Адреса SAP указаны в стандарте 802.2.

Для IP это значение SAP равно 0×6, для NetBios 0×F0.

Поле управления – такое же, как в HDLC (I-кадры, S-кадры, U-кадры). Кадры LLC описаны в стандарте 802.2. При вложении кадра LLC в кадр Ethernet флаги убираются.

Всего имеются 4 формата кадров Ethernet:

1. Кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 или кадр Novell 802.2).

2. Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3).

3. Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II).

4. Кадр Ethernet SNAP.

 

 

6 байт	6 байт	2 байта	1 байт	1 байт	1-2 байта	46 - 1497 байт	4 байта
DA адрес назначения	SA Адрес источника	Длина поля данных	DSAP	SSAP	Поле управл-ения	data	CRC

 

 

Кадр 802.3/LLC

Размер поля данных (1500) уменьшается за счет заголовка LLC.

Рис. 49. Кадр 802.3/LLC Заголовок LLC

 

6 байт	6 байт	2 байта	46 - 1500 байт	4 байта
DA	SA	Длина поля данных	data	CRC

 

 

Рис. 50. Кадр Novell 802.3 (Raw 802.3)

 

 

6 байт	6 байт	2 байта	46 - 1500 байт	4 байта
DA	SA	Тип протокола верхнего уровня	data	CRC

 

 

Рис. 51. Кадр Ethernet II (Ethernet DIX)

 

6 байт	6 байт	2 байта	1 байт	1 байт	1-2 байта	3 байта	2 байта	46 - 1497 байта	4байта
DA	SA	Длина поля данных	DSAP	SSAP	Поле управле-ния OЗ	OUI	Тип протокола верхнего уровня	data	CRC

Рис. 52. Кадр Ethernet SNAP

 

OUI –(Organization Unique Identifier)- идентификатор организации, который контролирует коды протоколов в поле Тип. Коды протоколов контролирует IEEE(для 802). Если в будущем понадобятся другие коды для какой-либо другой технологии, то достаточно изменить идентификатор организации.

Так как SNAP представляет собой протокол, вложенный в LLC, то в полях DSAP и SSAP записывается код 0×AA, отведенный для протокола SNAP, а в поле управления – код 0×03, что соответствует использованию ненумерованных кадров.

Все кадры указаны без преамбулы и признака начала кадра.

Локальнаясеть TokenRing (IEEE 802.5)

ЛВС представляет собой логическое кольцо, хотя кабели подсоединены в виде звезды к устройству MSAU (Multistation Access Unit – устройство для доступа к множеству станций).

 

Рис. 53. Физическая структура Token Ring.

Рабочая станция, которой необходимо передать пакет дожидается прихода маркера, а затем преобразует его в пакет, содержащий данные, и передает его в ЛВС. Пакет идет от рабочей станции к рабочей станции, пока не найдет адресата, который установит в нем определенные биты подтверждения и ретранслирует его вновь в ЛВС. Пакет обойдя кольцо возвращается в узел-источник. Здесь после проверки безошибочности передачи узел отправляет новый маркер. В режиме ETR(Early Token Release) – ранней передачи маркера узел-источник после передачи пакета данных сразу же передает в кольцо и маркер. Этот режим используется для ЛВС с производительностью 16 Мбит/сек.

Одна из рабочих станций назначается монитором (при инициализации ЛВС), который осуществляет временной контроль в логическом кольце, передает новые маркеры (при необходимости) и создает диагностические пакеты при определенных обстоятельствах.

 

Форматы пакетов Token Ring.

SD – Start Delimiter Access Control ED- End Delimiter

Начальный разделитель	Контроль доступа	Концевой разделитель
1 байт	1 байт	1 байт

 

Рис. 54. Структура маркера.

 

Начальный разделитель содержит 4 единицы и 4 нуля. Эта уникальна последовательность электрических импульсов для того, чтобы не перепутать это поле с каким-либо другим.

Контроль доступа (AC)- имеет следующий вид:

PPPTMRRR

PPP – биты приоритета, T – бит монитора, M – бит маркера, RRR – биты резервирования.

Сетевой адаптер может присваивать приоритеты маркеру или пакетам сообщений в поле приоритета от 0 до 7 (7 – наивысший приоритет). Рабочая станция имеет право передачи сообщения, только если ее собственный приоритет не ниже приоритета маркера.

Бит маркера равен 1 для маркера и 0 для пакета сообщений.

Бит монитора устанавливается в 1, если пакет пройдет через монитор.

Биты резервирования. Рабочая станция может поместить значение своего приоритета в биты резервирования, если ее приоритет выше текущего значения поля резервирования. Таким образом она резервирует дальнейшее использование сети. После, когда узел предает новый маркер, он устанавливает его приоритет, равным значению поля резервирования. В результате следующим узлом, получающим маркер, станет рабочая станция, которая его зарезервировала (если, конечно, маркер не будет перехвачен рабочей станцией с более высоким приоритетом).

Концевой разделитель – уникальная последовательность единичек и нулей.

Начал. Раздел-итель	Контроль доступа	Тип пакета	Адрес назнач-ения	Адрес источ-ника	DATA	CRC	Концев. раздели-тель	Статус пакета
1 байт	1 байт	1 байт	2 или 6 байт	2 или 6 байт		4 байта	1 байт	1 байт

 

Рис. 55. Пакеты сообщений.

 

Начальный разделитель – такой же, как для маркера.

Контроль доступа – такой же, как для маркера.

Тип пакета – имеет вид FFCCCCCC. FF – тип пакета

00 – пакет МАС, 01 – LLC (10 и 11 зарезервированы).

Коды СССССС определяют 6 типов пакетов MAC:

1. Тест дублирования адреса. Передается рабочей станции, впервые присоединяемой к кольцу, чтобы убедиться, что ее адрес уникален.

2. Присутствие активного монитора. Передается активным монитором достаточно часто, для уведомления рабочих станций о том, что активный монитор функционирует.

3. Присутствие запасного монитора. Передается запасным монитором.

4. Требование маркера. Если запасной монитор обнаруживает, что активный монитор не функционирует, он передает пакет требований маркера. Запасные мониторы в этом случае начинают процесс взаимодействия друг с другом, чтобы назначить новый активный монитор.

5. Маяк. Передается в случае серьезных проблем в ЛВС (обрыв кабеля и т.п.). Диагностическое программное обеспечение определяет узел, который передал это сообщение.

6. Чистка. Передается после инициализации кольца и после установки нового активного монитора.

Адреса – также, как и в IEEE 802.3. Первый бит – групповой или индивидуальный адрес, второй бит (в случае 6 байтового адреса) – глобальный или локальный адрес.

Поле данных может также содержать один из типов пакетов MAC, рассмотренных выше.

Концевой разделитель. Это поле содержит, кроме уникальной последовательности электрических импульсов, еще 2 бита. Бит промежуточности пакета устанавливается в 1 если пакет промежуточный, и в 0, если пакет последний (единственный). Бит ошибки устанавливается в 1 при обнаружении ошибки (по CRC) при передаче через узлы (каждый узел проверяет CRC при прохождении через него пакета). После этого при дальнейшем передвижении пакета по ЛВС контроль ошибок не производится, а пакеты ретранслируются до источника.

Статус пакета (биты приема и соответствия).Так как CRC не охватывает это поле, то эти биты дублируются для гарантии достоверных данных. Поле выглядит так:

ACRRACRR

R – резервные биты.

А – адрес распознан, С – данные скопированы (оба устанавливаются в 1, если адрес распознан и данные скопированы без ошибок).

 

Контрольные вопросы:

1. Какие достоинства у сети Ethernet?

2. Какая функция у преамбулы в сети Ethernet?

3. Какие типы LLC используются в ЛВС?

4. Какие имеются 4 формата кадров Ethernet?

5. Что такое DSAP SSAP в LLC?

6. Для чего нужны начальный и конечный ограничители в Token Ring?

7. Для чего нужен статус пакета в Token Ring?

8. Какие типы пакетов есть в Token Ring?

 

Лекция 15.

[1]

Если - длина сообщения, то оно занимает канал на время плюс время передачи по каналу(скорость света). Таким образом и - это среднее время обслуживания сообщения каналом.

в (2) - это здесь, так как и то, и другое – это среднее время обслуживания.