Методы доступа к сети

С сетевой топологией тесно связано понятие способа доступа к среде передачи, под которым понимается набор правил, определяющих, как именно компьютеры должны отправлять и принимать данные по сети.

Таких способов возможно несколько. Основными из них являются:

1 множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD);

2 множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов(CSMA/CА);

3 передача маркера.

Способ доступа к сети передачи данных определяет метод, который используется при мультиплексировании/демультиплексировании данных в процессе передачи их по сети. Большая часть современных сетей базируется на алгоритме доступа CSMA/CD (метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов), где все узлы имеют равные возможности доступа к сетевой среде, а при одновременной попытке фиксируется столкновение и сеанс передачи повторяется позднее. Здесь нет возможности приоритетного доступа и по этой причине такие сети плохо приспособлены для задач управления в реальном масштабе времени. Некоторое видоизменение алгоритма CSMA/CD (как это сделано в сетях CAN или в IBM DSDB) позволяют преодолеть эти ограничения. Доступ по схеме CSMA/CD (из-за столкновений) предполагает ограничение на минимальную длину пакета. По существу, метод доступа CSMA/CD предполагает широковещательную передачу пакетов. Все рабочие станции логического сетевого сегмента воспринимают эти пакеты хотя бы частично, чтобы прочесть адресную часть. При широковещательной адресации пакеты не только считываются целиком в буфер, но и производится прерывание процессора для обработки факта прихода такого пакета. Логика поведения субъектов в сети с доступом CSMA/CD может варьироваться. Здесь существенную роль играет то, синхронизовано ли время доступа у этих субъектов. В случае Ethernet такой синхронизации нет. В общем случае при наличии синхронизации возможны следующие алгоритмы.

А.

Если канал свободен, терминал передает пакет с вероятностью 1.

Если канал занят, терминал ждет его освобождения, после чего производится передача.

Б.

Если канал свободен, терминал передает пакет.

Если канал занят, терминал определяет время следующей попытки передачи. Время этой задержки может задаваться некоторым статистическим распределением.

В.

1. Если канал свободен, терминал с вероятностью р передает пакет, а с вероятностью 1-р он откладывает передачу на t секунд (например, на следующий временной домен).

2. При повторении попытки при свободном канале алгоритм не изменяется.

3. Если канал занят, терминал ждет пока канал не освободится, после чего действует снова согласно алгоритму пункта 1.

Алгоритм А на первый взгляд представляется привлекательным, но в нем заложена возможность столкновений с вероятностью 100%. Алгоритмы Б и В более устойчивы в отношении этой проблемы.

Следующим по популярности после CSMA/CD является маркерный доступ (Token Ring, Arcnet и FDDI), который более гибок и обеспечивает приоритетную иерархию обслуживания. Массовому его внедрению препятствует сложность и дороговизна. Хотя региональные сети имеют самую разнообразную топологию, практически всегда они строятся на связях точка-точка.

В таблице 1 представлены сводные данные по основным видам локальных сетей, используемых в настоящее время (список не является полным).

Таблица 1 - Параметры различных локальных сетей

Название сети	Топология	Быстродействие Мбит/с	Доступ	Тип кабеля	Размер сети (сегмента)	Макс. число узлов
10base5	шина		CSMA/CD	RG-58(50 Ом)	500м
10base2	шина		CSMA/CD	RG-58(50 Ом)	185 м
10base-Т	шина		CSMA/CD	UTP(III; 100 Ом)	100 м	-
1000base-FX	звезда		CSMA	оптоволокно	2км	-
10Gbase-LR	звезда		CSMA	оптоволокно	2км	-
100base-ТХ	звезда		CSMA/CD	UTP(v; 100Ом)	200 м	-
IEEE 802.4	шина	1/5/10/20	маркер	RG-59 (75Ом)
Arcnet	звезда	2,5/20	маркер	RG-62/utp (93 Ом)	600/125м
IEEE 802.5	звезда	4/16	маркер	STP/UTP (150/120 Ом)	366 м
Appletalk	шина/ звезда	0,23	CSMA/CD	STP/UTP (100 Ом)	300/3000 м	32 на сегмент
Ethertalk	шина/ звезда		CSMA/CD	STP/UTP, коаксиальный кабель	500/3000 м	254/1023
ISN	звезда	8,64	Шина доступа	stp, оптоволокно	Не ограничено	336/1920
pc lan	дерево, звезда		CSMA/CD	RG-59(75 Ом), UTP/STP
Hyperchannel	шина		CSMA/CD	RG-59, оптоволокно	3500 м
e-net	шина		CSMA/CD	RG-58 (50Ом)	700 м
G-net	шина		CSMA/CD	RG-58, RG-59	2000 м
FDDI	дв.кольцо		маркер	оптоволокно	100км
PX-net	шина/ звезда		маркер	RG-62(93Ом)	7000 м
S-net	шина/ звезда		Индивидуальный	STP (100Ом)	700 м
wangnet	двойное дерево		CSMA/CD	RG-59(75Ом)	2800 м

Существует целое семейство методов доступа, исключающих столкновение: это мультиплексирование по времени (TDM) и по частоте (FDM). Здесь каждому клиенту выделяется определенный временной домен или частотный диапазон. Когда наступает его временной интервал и клиент имеет кадр (или бит), предназначенный для отправки, он делает это. При этом каждый клиент ждет в среднем n/2 временных интервалов (предполагается, что работает n клиентов). При FDM передача не требует ожидания. Но в обоих случаях временные интервалы или частотные диапазоны используются клиентом по мере необходимости и могут заметное время быть не заняты (простаивать). Такие протоколы доступа часто используются в мобильной связи.

Традиционные сети и телекоммуникационные каналы образуют основу сети - ее физический уровень. Реальная топология сети может динамически изменяться, хотя это и происходит обычно незаметно для участников. При реализации сети используются десятки протоколов. В любых коммуникационных протоколах важное значение имеют операции, ориентированные на установление связи (connection-oriented) и операции, не требующие связи (connectionless - "бессвязные", ISO 8473). Интернет использует оба типа операций. При первом типе пользователь и сеть сначала устанавливают логическую связь и только затем начинают обмен данными. Причем между отдельными пересылаемыми блоками данных (пакетами) поддерживается некоторое взаимодействие. "Бессвязные" операции не предполагают установления какой-либо связи между пользователем и сетью (например, протокол UDP) до начала обмена. Отдельные блоки передаваемых данных в этом случае абсолютно независимы и не требуют подтверждения получения. Пакеты могут быть потеряны, задублированы или доставлены не в порядке их отправки, причем ни отправитель, ни получатель не будут об этом оповещены. Именно к этому типу относится базовый протокол Интернет - IP.

Для каждой сети характерен свой интервал размеров пакетов. Среди факторов, влияющих на выбор размеров можно выделить:

1. Аппаратные ограничения, например размер домена при мультиплексировании по времени.

2. Операционная система, например размер буфера 512 байт.

3. Протокол (например, число бит в поле длины пакета).

4. Обеспечение совместимости с определенными стандартами.

5. Желание уменьшить число ошибок при передаче ниже заданного уровня.

6. Стремление уменьшить время занятости канала при передаче пакета.

Ниже приведены максимальные размеры пакетов (MTU) для ряда сетей

Сеть	MTU Байт	Быстродействие Мбит/с
IEEE 802.3
IEEE 802.4
IEEE 802.5

Операции, ориентированные на установление связи (например, протокол TCP), предполагают трехстороннее соглашение между двумя пользователями и провайдером услуг. В процессе обмена они хранят необходимую информацию друг о друге, с тем, чтобы не перегружать вспомогательными данными пересылаемые пакеты. В этом режиме обмена обычно требуется подтверждение получения пакета, а при обнаружении сбоя предусматривается механизм повторной передачи поврежденного пакета. «Бессвязная» сеть более надежна, так как она может отправлять отдельные пакеты по разным маршрутам, обходя поврежденные участки. Такая сеть не зависит от протоколов, используемых в субсетях. Большинство протоколов Интернет используют именно эту схему обмена. Концептуально TCP/IP-сети предлагают три типа сервиса в порядке нарастания уровня иерархии:

1. «бессвязная» доставка пакетов;

2. надежная транспортировка информации;

3. реализация прикладных задач.

Дата добавления: 2015-06-04