Стратегії з'єднання й дозвіл колізій

Мережі з кільцевою топологією. Для здійснення мережної комунікації необхідно встановити мережне з'єднання (connection). Розрізняються наступні види мережних з'єднань.

Перемикання схем. Установлюється постійне фізичне з'єднання на завісь годину комунікації (наприклад, по телефонній лінії або по кабелі "кручена парі").

Перемикання повідомлень. Установлюється тимчасове з'єднання на період передачі повідомлення (наприклад, пересилання електронної пошти).

Перемикання пакетів. Повідомлення змінної довжини діляться на пакети фіксованої довжини, які й посилають адресатові. Пакети можуть передаватися по мережі різними шляхами. Пакети повинні бути знову зібрані в повідомлення по їхньому прибутті. Приклад - основний протокол Інтернету TCP/IP.

Колізії в мережі виникають, якщо кілька систем одночасно звертаються до тієї самої ділянки мережі для передачі інформації.

Для дозволу колізій у мережах використається метод CSMA/CD (Carrier sense with multiple access; collision detection: носій, чутливий до одночасного доступу; виявлення колізій). Суть методу в наступному. Система визначає, чи не передається одночасно по даній ділянці мережі повідомлення іншою системою. Якщо дві або більше системи починають передачу повідомлень у точності в ті самий час, то фіксується колізія, і передача припиняється.

Недолік методу: якщо система сильно завантажена, те може виникнути безліч колізій, що приведе до падіння продуктивності.

Метод CSMA/CD успішно використається в мережах типу Ethernet - найпоширенішому типі мереж.

Методи мережного з'єднання в мережах з кільцевою топологією. У Росії поки не настільки популярні мережі з кільцевою топологією, однак їхнє вивчення й освоєння становить безсумнівний інтерес. Відомі наступні методи організації ятірного з'єднання й комунікації в мережах з кільцевими топологіями.

· Передача маркера (token). Спеціальні повідомлення, називані маркерами, постійно циркулюють у системі (звичайно – при кільцевій топології мережі). Машина, який потрібно передати інформацію, винна дочекатися одержання повідомлення-маркера. Коли машина завершує свій раунд передачі повідомлення, вона передає по мережі маркерне повідомлення. Схема передачі маркерних повідомлень використається в системах IBM й Apollo. Така архітектура мережі називається маркерним кільцем (token ring).

· Слоти для повідомлень. Трохи слотов для повідомлень фіксованого розміру постійно циркулюють у системі (звичайно – кільцевої структури). Оскільки слот може вміщати тільки повідомлення фіксованого розміру, єдине з логічної крапки зору повідомлення може бути розбите на кілька пакетів меншої довжини, кожний з яких пересилається в окремому слоті. Така схема була випробувана в експериментальній архітектурі мережі Cambridge Digital Communication Ring (Кембриджське кільце).

Модель ISO. Мережний протокол – це набір команд (операцій) для взаємодії вузлів у мережі. Через складність організації мереж, використовувана модель мережних протоколів містить велику кількість рівнів абстракції.

Відповідно до стандарту комунікаційної моделі ISO, комунікаційна мережа підрозділяється на наступні основні рівні (layers):

Фізичний рівень (physical layer) – механічні й електричні пристрої для передачі сигналів. Самий нижній рівень мережної комунікації. Включає мережне встаткування - мережні кабелі, рознімання, концентратори й т.д.

Рівень (зв'язування) даних (Data link layer) – обробляє фрейми (frames),або частини пакетів фіксованої довжини, включаючи виявлення помилок і відновлення після помилок на фізичному рівні.

Мережний рівень (network layer) – забезпечує з'єднання й маршрутизацію пакетів у комунікаційній мережі, включаючи обробку адрес вихідних пакетів, декодування адрес вхідних пакетів і підтримку інформації для маршрутизації для відповідної відповіді для зміни рівнів завантаження.

Транспортний рівень (transport layer) – відповідає за мережний доступ нижнього рівня й за передачу повідомлень між клієнтами, включаючи поділ повідомлень на пакети, супровід порядку пакетів, потік керування й генерацію фізичних адрес.

Рівень сеансу (session layer) – реалізує сеанси (sessions), або протоколи комунікації між процесами.

Рівень презентацій (presentation layer) –інкапсулюють розходження у форматах між різними системами в мережі, включаючи перетворення символів і напівдуплексну (дуплексну) зв'язок (вивід^-вивід-висновок-вивід-луна-вивід).

Рівень додатків (application layer) – найвищий рівень моделі мережних протоколів. Взаємодіє безпосередньо із запитами на передачу файлів користувальницького рівня, протоколами вилучених входів і передачі електронної пошти, а також зі схемами розподілених баз даних.

Схема рівнів мережної комунікації представлена на рис. 23.1.

Рис. 23.1. Багаторівнева модель комунікації ISO.

На рис. 23.2 представлено зміст рівнів мережної комунікації.

Рис. 23.2. Рівні мережних протоколів (ISO).

Мережі Ethernet

Ethernet (стандарт IEEE 802.3) – найпоширеніший метод організації мереж. Ставиться до фізичного (physical Ethernet) рівню й рівню зв'язування даних, відповідно до 8-уровневой моделі ISO (п. 23.2). Слово ether по-англійському означає ефір.

Основоположник мереж Ethernet - Роберт Меткалф (R. Metcalfe 1973). Він же згодом заснував фірму 3COM, одну з найбільш відомих компаній в області мережних технологій.

Основні ідеї Ethernet - використання коаксіального кабелю (BNC) і 48-бітової адреси (MAC-адреси),що привласнюється кожному мережному комп'ютеру й використається для ідентифікації джерел й одержувачів пакетів у мережах

Спочатку швидкість мереж Ethernet становила до 3 МБит/с. У цей час вона збільшилася до 1 Гбит/з (Gigabit Ethernet).

У більшості локальних мереж як кабель використається кручена пари (twisted pair) з розніманнями типу RJ 45.

Для з'єднань використаються концентратори (hubs) зі швидкодією 10 МБит/з (10BASE-T) або перемикачі (switches) зі швидкодією 100 МБит/з (100BASE-T).

Ethernet-адреса кожного комп'ютера фіксований, видається при завантаженні операційної системи й може бути також виведений на консоль спеціальними командами ОС; наприклад, в ОС Solaris – командою banner, що виводить на екран стартову інформацію ОС, у тому числі MAC-адреса комп'ютера.

Протокол TCP/IP

IP-адреси. TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – найпоширеніше сімейство протоколів мережного й транспортного рівня, використовуваних в Інтернеті. Основоположники TCP/IP - Роберт Кан (Robert Kahn) і Винтон Серф (Vinton Cerf) -1972 - 1974.

Протокол TCP/IP заснований на використанні IP-адрес кожного хоста (комп'ютера), що мають вид: a.b.c.d (всі чотири числа – у діапазоні від 0 до 255) і забезпечує пересилання по мережі пакетів (packets) фіксованого розміру, що містять адресу одержувача й номер пакета в повідомленні. TCP/IP - протокол забезпечує транспорт мережних пакетів, розподіл повідомлення на пакети відправником і зборку повідомлення з пакетів одержувачем. IP-адреса може бути закріплений за комп'ютером постійно Інтернет-провайдером користувача комп'ютера, або привласнюється комп'ютеру динамічно (щораз - різний) при виході в Інтернет.

Більше загальна сучасна назва TCP/IP - Internet Protocol Suite. Розрізняються більше нова версія - IPv6 і більше стара - IPv4. У версії IPv6 використається IP-адреса не із чотирьох, а з 6 чисел.

Протокол TCP/IP – синхронний, тобто одержувач очікує одержання кожного пакета й посилає відправникові підтвердження про це. Інший варіант Інтернет-протоколу - UDP/IP (Universal Datagram Protocol / Internet Protocol) – асинхронний транспортний протокол, що забезпечує обмін датаграммами – байтовыми масивами змінної довжини; він уважається менш надійним, чим TCP/IP, але працює швидше, тому часто для швидкого обміну повідомленнями в мережах воліють саме його.

Швидкість TCP/IP не завжди задовільна, через величезне число IP-вузлів в Інтернеті. Для оптимізації зв'язку між вузлами мережі застосовуються Distributed Hash Tables (DHT) – розподілені хеш-таблицы. У них власна система імен вузлів мережі й більше швидкого їхнього пошуку, чим з використанням TCP/IP протоколів, що працює "поверх" TCP/IP.