Якщо середовище вільне, то вузол має право почати передачу кадру. Цей кадр зображений на рис. 3.2 першим. Вузол 1 виявив, що середовище вільне, і почав передавати свій кадр. У класичній мережі Ethernet на коаксіальному кабелі сигнали передавача вузла 1 поширюються в обидва боки так, що їх одержують всі вузли мережі. Кадр даних завжди супроводжується преамбулою (preamble), що складається з 7 байтів, які складаються із значень 10101010, і 8-го байта, рівного 10101011. Преамбула потрібна для входження приймача в побітовий і побайтовий синхронізм із передавачем.
Всі станції, підключені до кабелю, можуть розпізнати факт передачі кадру, і та станція, яка розпізнає власну адресу в заголовках кадру, записує його вміст у свій внутрішній буфер, оброблює отримані дані, передає їх нагору по своєму стеку, а потім посилає по кабелю кадр-відповідь. Адреса станції-відправника міститься у вихідному кадрі, тому станція-отримувач знає, кому потрібно надіслати відповідь. Вузол 2 під час передачі кадру вузлом 1 також намагався почати передачу свого кадру, однак виявив, що середовище зайняте - в ньому присутня несуча частота - тому вузол 2 змушений чекати, поки вузол 1 не припинить передачу кадру.
Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі зобов'язані витримати технологічну паузу (Inter Packet Gap) у 9,6 мкс. Ця пауза - так званий міжкадровий інтервал - потрібна для приведення мережних адаптерів до вихідного стану, а також для запобігання монопольного захоплення середовища однією станцією. Після закінчення технологічної паузи вузли мають право почати передачу свого кадру тому, що середовище вільне. Через затримку поширення сигналу по кабелю не всі вузли чітко одночасно фіксують факт закінчення передачі кадру вузлом 1. У наведеному прикладі вузол 2 дочекався закінчення передачі кадру вузлом 1, зробив паузу в 9,6 мкс і почав передачу свого кадру.
3.2 Методи подолання колізій
При описаному підході можлива ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних по загальному середовищу. Механізм прослуховування середовища і паузи між кадрами не гарантують від виникнення такої ситуації, коли дві або більше станцій одночасно вирішують, що середовище вільне, і починають передавати свої кадри. Вважають, що при цьому відбувається колізія (collision) тому, що вміст обох кадрів зіштовхується на загальному кабелі і відбувається перекручування інформації - методи кодування, використовувані в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції з загального сигналу.
Колізія - це нормальна ситуація в роботі мереж Ethernet. У прикладі, зображеному на рис. 3.3, колізію породила одночасна передача даних вузлами 3 і 1. Для виникнення колізії необов'язково, щоб декілька станцій почали передачу абсолютно одночасно, така ситуація малоймовірна. Набагато ймовірніше, що колізія виникає через те, що один вузол починає передачу раніше другого, але до другого вузла сигнали першого просто не встигають дійти на той час, коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру. Тобто колізії - це наслідок розподіленого характеру мережі.
Щоб коректно обробити колізію, всі станції одночасно спостерігають за виникаючими у кабелі сигналами. Якщо передані сигнали і сигнали, що спостерігаються, відрізняються, то фіксується виявлення колізії (collision detection, CD). Для збільшення імовірності швидкого виявлення колізії всіма станціями мережі станція, що виявила колізію, перериває передачу свого кадру (у довільному місці, можливо, і не на межі байта) і підсилює ситуацію колізії посиланням в мережу спеціальної послідовності з 32-х бітів - так званої jam-послідовності.
97
Після цього передаюча станція, яка виявила колізію, зобов'язана припинити передачу і зробити паузу протягом короткого випадкового інтервалу часу. Потім вона може знову почати спробу захоплення середовища і передачі кадру. Тривалість випадкової паузи вибирається за виразом
Пауза = T L,
де T - інтервал чекання, який дорівнює 512 бітовим інтервалам (у технології Ethernet прийнято всі інтервали вимірювати в бітових інтервалах; бітовий інтервал позначається як bt і відповідає часу між появою двох послідовних бітів даних на кабелі; для швидкості 10 Мбіт/с розмір бітового інтервалу дорівнює 0,1 мкс або 100 нс);
L - ціле число, обране з рівною імовірністю з діапазону [0, 2N], де N - номер повторної спроби передачі даного кадру: 1, 2,..., 10.
Після 10-ї спроби інтервал, із якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, випадкова пауза може приймати значення від 0 до 52,4 мс.
Якщо 16 послідовних спроб передачі кадру викликають колізію, то передавач повинен припинити спроби і видалити цей кадр.
Із описання методу доступу CSMA/CD видно, що він носить ймовірнісний характер, і ймовірність успішного одержання у своє розпорядження загального середовища залежить від завантаженості мережі, тобто від інтенсивності виникнення у станцій потреби в передачі кадрів. При розробці цього методу наприкінці 70-х років передбачалося, що швидкість передачі даних у 10 Мбіт/с дуже висока в порівнянні з потребами комп'ютерів у взаємному обміні даними, тому завантаження мережі буде завжди невеликим. Це припущення залишається іноді справедливим і донині, однак уже з'явилися прикладення, які працюють у реальному масштабі часу з мультимедійною інформацією, що дуже завантажують сегменти Ethernet. При цьому колізії виникають набагато частіше. При значній інтенсивності колізій корисна пропускна спроможність мережі Ethernet різко падає тому, що мережа майже постійно зайнята повторними спробами передачі кадрів. Для зменшення інтенсивності виникнення колізій потрібно або зменшити трафік, скоротивши, наприклад, кількість вузлів у сегменті, чи замінивши прикладення, або підвищити швидкість протоколу, наприклад перейти на Fast Ethernet.
Слід зазначити, що метод доступу CSMA/CD взагалі не гарантує станції, що вона коли-небудь зможе одержати доступ до середовища. Звичайно, при невеликому завантаженні мережі імовірність такої події невелика, але при коефіцієнті використання мережі, що наближається до 1, така подія стає дуже ймовірною. Цей недолік методу випадкового доступу - плата за його надзвичайну простоту, що зробила технологію Ethernet найдешевшою. Інші методи доступу - маркерний доступ мереж Token Ring і FDDI, метод Demand Priority мереж 100VG-AnyLAN - не мають цього недоліку.
Чітке розпізнавання колізій всіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо якась станція, що передає, не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних переданий нею вірно, то цей кадр даних буде загублений. Через накладення сигналів при колізії інформація кадру перекрутиться, і він буде відбракований станцією, яка приймає (можливо, через розбіжність контрольної суми). Найімовірніше, перекручена інформація буде повторно передана яким-небудь протоколом верхнього рівня, наприклад, транспортним або прикладним, що працює зі встановленням з'єднання. Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через значно триваліший інтервал часу (іноді навіть через декілька секунд) у порівнянні з мікросекундними інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому, якщо колізії не будуть надійно розпізнаватися вузлами мережі Ethernet, то це призведе до помітного зниження корисної пропускної спроможності даної мережі.
3.3 Метод маркерного доступу в локальних мережах з різною топологією
Даний метод характеризується тим, що в ньому право використання середовища передається від вузла до вузла організаційним способом, а не шляхом змагання. Право на використання середовища передається за допомогою унікального кадру (названого маркером) уздовж логічного кільця в мережі з використанням адресації вузлів. Кожен вузол ідентифікується власним ідентифікатором (ID). У схемі типу шини з передачею маркера кожному вузлу відомий ідентифікатор наступного вузла в логічному кільці (NID - Next ID). Зазвичай наступний вузол має адресу з більшим значенням ID. Рис. 3.4 ілюструє поняття логічного кільця.
Крім передачі маркера, схема із шиною повинна вирішувати проблему втрати маркера і реконфігурації кільця. Втрата маркера може відбутися через ушкодження одного з вузлів логічного кільця. На деякий момент часу маркер приходить до ушкодженго вузла, але вузол не пропускає його далі, і інші вузли не одержують маркер. Реконфігурація кільця виконується, коли в логічне кільце добавляється або з нього вилучається один із вузлів.
Під час нормальної роботи, тобто коли не виконується ні відновлення маркера, ні реконфігурація кільця, кожен вузол працює відповідно до діаграми станів, поданої на рис. 3.4. Велику частину часу канальний рівень знаходиться в стані прослуховування.
Рис. 3.4. Логічне кільце
Якщо заголовок вхідного кадру в якості адреси отримувача містить ID вузла, вузол переходить до стану прийому і відбувається прийом кадру. Якщо прийнятий кадр є кадром даних, мережний рівень інформується про прийом, а канальний рівень повертається до стану прослуховування. Однак, якщо прийнятий кадр є маркером, це означає, що вузол одержує право передачі в середовище. Якщо на той час є кадр даних, що чекає передачі, стан змінюється на стан передачі кадру і починається його передача.
Після завершення передачі кадру стан змінюється на стан передачі маркера і починається передача маркера. Якщо на момент одержання маркера вузол не має кадру даних для передачі, стан канального рівня змінюється відразу на стан передачі маркера. Після передачі маркера стан знову змінюється на стан прослуховування середовища.
Діаграма станів, що представляє операції канального рівня під час реконфігурації кільця і відновлення маркера, показана на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Протокол для шини з передачею маркера (нормальна робота)
Для успішної реконфігурації кільця використовуються три стани: збою, бездіяльності й опитування. При наявності тільки одного вузла неможливо здійснити реконфігурацію кільця. Спроба реконфігурації з єдиним вузлом призводить до стану чекання збою, поки в мережу не буде доданий ще один вузол. Для відновлення маркера досить двох станів: бездіяльності й опитування. Як у випадку реконфігурації, так і у випадку відновлення маркера, як тільки встановлюється NID, стан канального рівня змінюється на стан нормальної роботи. Деталі цього стану подані на рис. 3.5. Зауважимо, що перехід канального рівня до стану нормальної роботи є фактично переходом до стану прослуховування відповідно до рис. 3.5. Відзначимо також, що маркер можна сприйняти як загублений (що викликає перехід до стану бездіяльності) тільки тоді, коли канальний рівень знаходиться в стані прослуховування. В усіх інших станах на рис. 3.6 вузол володіє маркером і тому не може загубити його.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
