Βασικές τεχνολογίες τοπικών δικτύων, μέθοδοι πρόσβασης και πρωτόκολλα μετάδοσης στο LAN. Εισαγωγή στα Δίκτυα Δεδομένων

Στο ανταλλαγήΤρεις μέθοδοι μεταφοράς δεδομένων χρησιμοποιούνται μεταξύ υπολογιστών:

Απλή (μονόδρομη) μετάδοση (τηλεόραση, ραδιόφωνο).

Half-duplex (η λήψη/μετάδοση πληροφοριών πραγματοποιείται εναλλάξ).

Duplex (αμφίδρομος), κάθε σταθμός εκπέμπει και λαμβάνει ταυτόχρονα δεδομένα.

Για μεταγραφέςδεδομένα σε πληροφοριακά συστήματαΗ πιο συχνά χρησιμοποιούμενη είναι η σειριακή μετάδοση. Η ασύγχρονη και η σύγχρονη μετάδοση χρησιμοποιούνται ευρέως.

Στο ασύγχρονοςμετάδοση, κάθε χαρακτήρας μεταδίδεται ως ξεχωριστό δέμα. Bits έναρξηςπροειδοποιήστε τον δέκτη για την έναρξη της μετάδοσης. Στη συνέχεια ο χαρακτήρας μεταδίδεται. Για να προσδιοριστεί η εγκυρότητα της μετάδοσης, χρησιμοποιείται ένα bit ισοτιμίας (bit ισοτιμίας = 1 εάν ο αριθμός των στο σύμβολο είναι περιττός και 0 διαφορετικά). Τελευταίο κομμάτιΤο "stop bit" σηματοδοτεί το τέλος της μετάδοσης.

Πλεονεκτήματα: απλό, αποδεδειγμένο σύστημα. φθηνός (σε σύγκριση με τον σύγχρονο) εξοπλισμό διασύνδεσης.

Μειονεκτήματα: το ένα τρίτο του εύρους ζώνης χάνεται για τη μετάδοση bits υπηρεσίας (bits start/stop και parity). χαμηλή ταχύτητα μετάδοσης σε σύγκριση με τη σύγχρονη. Σε περίπτωση πολλαπλών σφαλμάτων, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η αξιοπιστία των ληφθέντων πληροφοριών χρησιμοποιώντας το bit ισοτιμίας.

Η ασύγχρονη μεταφορά χρησιμοποιείται σε συστήματα όπου η ανταλλαγή δεδομένων πραγματοποιείται κατά διαστήματα και δεν απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων. Ορισμένα συστήματα χρησιμοποιούν το bit ισοτιμίας ως bit χαρακτήρων και ο έλεγχος πληροφοριών εκτελείται σε επίπεδο πρωτοκόλλου επικοινωνίας.

Στο σύγχρονοςμετάδοση, τα δεδομένα μεταδίδονται σε μπλοκ. Για να συγχρονίσετε τη λειτουργία του δέκτη και του πομπού, τα bit συγχρονισμού μεταδίδονται στην αρχή του μπλοκ. Στη συνέχεια μεταδίδονται τα δεδομένα, ο κωδικός ανίχνευσης σφάλματος και ο χαρακτήρας τέλους μετάδοσης. Στη σύγχρονη μετάδοση, τα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν τόσο ως χαρακτήρες όσο και ως ροή bit. Ο κωδικός ανίχνευσης σφάλματος που χρησιμοποιείται συνήθως είναι ο Κωδικός Ανίχνευσης Σφάλματος Κυκλικού Πλεονασμού (CRC). Υπολογίζεται με βάση τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων και σας επιτρέπει να προσδιορίσετε με σαφήνεια την αξιοπιστία των λαμβανόμενων πληροφοριών.

Πλεονεκτήματα: υψηλή απόδοση μετάδοσης δεδομένων. υψηλές ταχύτητεςμετάδοση δεδομένων· αξιόπιστος ενσωματωμένος μηχανισμός ανίχνευσης σφαλμάτων.

Μειονεκτήματα: ο εξοπλισμός διεπαφής είναι πιο περίπλοκος και, κατά συνέπεια, πιο ακριβός.

Τα πρωτόκολλα SDLC και HDLC βασίζονται σε σύγχρονη μεταφορά δεδομένων προσανατολισμένη στα bit.

Για πρόσβασηΓια τη σύνδεση στο δίκτυο χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι:

Ø Μέθοδος πολλαπλής πρόσβασης με αναγνώριση φορέα (ακρόαση) και ανίχνευση σύγκρουσης. CSMA/CD ( carrier-sense-miltiply-acct με ανίχνευση σύγκρουσης).

Χρησιμοποιούνται σε δίκτυα όπου οι υπολογιστές έχουν άμεση πρόσβαση σε ένα κανάλι επικοινωνίας (κοινός δίαυλος) και μπορούν να λάβουν αμέσως δεδομένα που μεταδίδονται σε οποιονδήποτε υπολογιστή. Τα δεδομένα μεταδίδονται σε πλαίσια που υποδεικνύουν τη διεύθυνση του κόμβου παραλήπτη και του κόμβου αποστολέα. Το πλαίσιο μεταδίδεται μόλις το κανάλι επικοινωνίας είναι ελεύθερο. Ο κόμβος λήψης, όταν λαμβάνει κανονικά το πλαίσιο, μεταδίδει το μήνυμα στον αποστολέα.

Σύγκρουση– μια κατάσταση όπου πολλοί κόμβοι προσπαθούν να μεταδώσουν ταυτόχρονα μηνύματα. Ο κόμβος εκπομπής που ανιχνεύει μια σύγκρουση σταματά τη μετάδοση του πλαισίου, κάνει παύση σε τυχαίο μήκος και προσπαθεί ξανά να πιάσει το μέσο μετάδοσης και να μεταδώσει το πλαίσιο. Μετά από 16 προσπάθειες μετάδοσης ενός πλαισίου, το πλαίσιο απορρίπτεται.

Καθώς ο αριθμός των συγκρούσεων αυξάνεται, όταν το μέσο μετάδοσης γεμίζει με επαναλαμβανόμενα πλαίσια, η πραγματική διακίνησηδίκτυο μειώνεται απότομα. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να μειωθεί η κίνηση του δικτύου με οποιεσδήποτε διαθέσιμες μεθόδους (μείωση του αριθμού των κόμβων δικτύου, χρήση εφαρμογών με χαμηλότερο κόστος πόρους δικτύου, αναδιάρθρωση δικτύου).

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της απλότητάς της.

Ø Πρόσβαση κατά προτεραιότητα κατά παραγγελία. Ένας μεμονωμένος κόμβος ζητά άδεια από τον κεντρικό κόμβο για τη μετάδοση δεδομένων. Εάν το κανάλι είναι ελεύθερο, τότε ο κεντρικός κόμβος εκπέμπει. Διαφορετικά, το αίτημα βρίσκεται στην ουρά. Το δίκτυο υποστηρίζει 2 επίπεδα προτεραιότητας: υψηλή και χαμηλή.

Ένας κόμβος με χαμηλή προτεραιότητα μπορεί να έχει υψηλή προτεραιότητα εάν δεν μπορεί να έχει πρόσβαση στο κανάλι επικοινωνίας για αρκετό χρόνο.

Ø Μέθοδος δείκτη. Το δικαίωμα πρόσβασης σε ένα κανάλι μεταδίδεται χρησιμοποιώντας ένα ειδικό πλαίσιο που ονομάζεται διακριτικό. Όλοι οι κόμβοι αναμεταδίδουν τα πλαίσια και το διακριτικό μεταβιβάζεται από κόμβο σε κόμβο. Ο κόμβος, έχοντας λάβει το διακριτικό, καθορίζει εάν έχει δεδομένα για μετάδοση. Εάν δεν υπάρχουν δεδομένα, τότε ο κόμβος μεταβιβάζει το διακριτικό. Εάν υπάρχουν δεδομένα, τότε το διακριτικό αφαιρείται από το δίκτυο και ο κόμβος μεταδίδει τα δεδομένα του μέσω του δακτυλίου. Κάθε πλαίσιο παρέχεται τόσο με μια διεύθυνση παραλήπτη όσο και μια διεύθυνση αποστολέα. Ένας κόμβος που λαμβάνει ένα πλαίσιο με μια διεύθυνση παραλήπτη που ταιριάζει με αυτό δική του διεύθυνση, αντιγράφει τα δεδομένα, εισάγει ένα σύμβολο επιβεβαίωσης λήψης στο πλαίσιο και στέλνει το πλαίσιο περαιτέρω. Έχοντας λάβει το σταλμένο πλαίσιο πίσω με επιβεβαίωση παραλαβής, ο κόμβος αποστολής στέλνει στο δίκτυο νέο αντίγραφοδιακριτικό για τη μετάδοση πρόσβασης στο δίκτυο. Ο χρόνος πρόσβασης στο δίκτυο περιορίζεται από το χρόνο διατήρησης του διακριτικού, κατά τον οποίο ένας κόμβος μπορεί να στείλει πολλά πλαίσια δεδομένων και μετά τον οποίο ο κόμβος πρέπει να μεταδώσει το διακριτικό στο δίκτυο.

Το 1980, το Διεθνές Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) ίδρυσε την Επιτροπή 802 για την Τυποποίηση τοπικά δίκτυα. Η Επιτροπή 802 ανέπτυξε την οικογένεια προτύπων IEEE802. x, τα οποία περιέχουν συστάσεις για το σχεδιασμό χαμηλότερων επιπέδων τοπικών δικτύων. Τα πρότυπα της οικογένειας IEEE802.x καλύπτουν μόνο τα δύο χαμηλότερα επίπεδα του μοντέλου OSI επτά επιπέδων - φυσική και σύνδεση δεδομένων, καθώς αυτά τα επίπεδα αντικατοπτρίζουν καλύτερα τις ιδιαιτερότητες των τοπικών δικτύων. Τα ανώτερα επίπεδα, ξεκινώντας από το δίκτυο, έχουν σε μεγάλο βαθμό κοινά χαρακτηριστικά, τόσο για τοπικά όσο και για παγκόσμια δίκτυα. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι πρόσβασης περιλαμβάνουν: Ethernet, ArcNet και Token Ring, τα οποία υλοποιούνται αντίστοιχα στα πρότυπα IEEE802.3, IEEE802.4 και IEEE802.5. Επιπλέον, για δίκτυα που λειτουργούν σε οπτικές ίνες, αναπτύχθηκε το Αμερικανικό Ινστιτούτο Προτύπων ASNI Πρότυπο FDDI, παρέχοντας ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 100 Mbit/s. Σε αυτά τα πρότυπα, το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων χωρίζεται σε δύο υποστρώματα, τα οποία ονομάζονται επίπεδα:

 έλεγχος λογικού καναλιού (LCC - Λογικός έλεγχος σύνδεσης)

 Έλεγχος πρόσβασης πολυμέσων (MAC - Έλεγχος πρόσβασης μέσων) Το επίπεδο ελέγχου πρόσβασης πολυμέσων (MAC) εμφανίστηκε επειδή τα τοπικά δίκτυα χρησιμοποιούν ένα κοινόχρηστο μέσο μεταφοράς δεδομένων. Στα σύγχρονα τοπικά δίκτυα, αρκετά πρωτόκολλα επιπέδου MAC έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα, εφαρμόζοντας διαφορετικούς αλγόριθμους για την πρόσβαση στο κοινό μέσο. Αυτά τα πρωτόκολλα καθορίζουν πλήρως τις ιδιαιτερότητες τεχνολογιών όπως Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI. Αφού επιτευχθεί η πρόσβαση στο μέσο, ​​μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ένα υψηλότερο επίπεδο καναλιού - το επίπεδο LCC, το οποίο οργανώνει τη μεταφορά λογικών μονάδων δεδομένων, πλαισίων πληροφοριών, με διαφορετικά επίπεδα ποιότητας υπηρεσιών μεταφοράς.

Μέθοδοι πρόσβασης στο μέσο μετάδοσης δεδομένων (μέθοδοι πρόσβασης σε κανάλια επικοινωνίας)

Για τοπικά δίκτυα που χρησιμοποιούν ένα κοινό μέσο μετάδοσης δεδομένων (για παράδειγμα, ένα LAN με ένα δίαυλο και μια φυσική τοπολογία αστέρα), είναι σημαντικό οι σταθμοί εργασίας να έχουν πρόσβαση σε αυτό το μέσο, ​​καθώς εάν δύο υπολογιστές αρχίσουν να μεταδίδουν δεδομένα ταυτόχρονα, τότε συμβαίνει σύγκρουση το δίκτυο. Για να αποφευχθούν αυτές οι συγκρούσεις, χρειάζεται ένας ειδικός μηχανισμός που μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα. Η διαιτησία λεωφορείων είναι ένας μηχανισμός που έχει σχεδιαστεί για να λύνει το πρόβλημα των συγκρούσεων. Ορίζει τους κανόνες με τους οποίους οι σταθμοί εργασίας καθορίζουν πότε το περιβάλλον είναι καθαρό και πότε μπορούν να μεταφερθούν δεδομένα. Υπάρχουν δύο μέθοδοι διαιτησίας λεωφορείων:

 ανίχνευση σύγκρουσης

 μεταφορά διακριτικού

Ανίχνευση σύγκρουσης. Όταν η μέθοδος ανίχνευσης σύγκρουσης λειτουργεί σε ένα δίκτυο, ο υπολογιστής πρώτα ακούει και μετά εκπέμπει. Εάν ο υπολογιστής ακούσει ότι κάποιος άλλος εκπέμπει, πρέπει να περιμένει να ολοκληρωθεί η μεταφορά δεδομένων και μετά να προσπαθήσει ξανά. Σε αυτήν την περίπτωση (δύο υπολογιστές που εκπέμπουν ταυτόχρονα), το σύστημα ανίχνευσης σύγκρουσης απαιτεί από τον υπολογιστή εκπομπής να συνεχίσει να ακούει το κανάλι και, μόλις εντοπίσει τα δεδομένα κάποιου άλλου σε αυτό, να σταματήσει τη μετάδοση, να προσπαθήσει να συνεχίσει μετά από σύντομο χρονικό διάστημα (τυχαία) χρονικό διάστημα. Η ακρόαση ενός καναλιού πριν από τη μετάδοση ονομάζεται αίσθηση φορέα και η ακρόαση κατά τη μετάδοση ονομάζεται ανίχνευση σύγκρουσης. Ένας υπολογιστής που το κάνει αυτό χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται "carrier sniffing collision detection" ή CSCD για συντομία.

Περνώντας το διακριτικό.

Τα συστήματα διαβίβασης διακριτικών λειτουργούν διαφορετικά. Για τη μετάδοση δεδομένων, ο υπολογιστής πρέπει πρώτα να λάβει άδεια. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να «πιάσει» έναν ειδικό τύπο πακέτου δεδομένων που κυκλοφορεί στο δίκτυο, που ονομάζεται token. Ο δείκτης κινείται σε κλειστό κύκλο, περνώντας με τη σειρά του κάθε υπολογιστή δικτύου. Κάθε φορά που ο υπολογιστής χρειάζεται να στείλει ένα μήνυμα, πιάνει και κρατά το διακριτικό. Μόλις ολοκληρωθεί η μετάδοση, στέλνει ένα νέο διακριτικό για να ταξιδέψει περαιτέρω κατά μήκος του δικτύου. Αυτή η προσέγγιση εγγυάται ότι οποιοσδήποτε υπολογιστής θα έχει αργά ή γρήγορα το δικαίωμα να πιάσει και να κρατήσει το διακριτικό μέχρι να τελειώσει η δική του μετάδοση.

Η μέθοδος πρόσβασης καθορίζει τον αλγόριθμο σύμφωνα με τον οποίο οι κόμβοι του δικτύου αποκτούν πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων και πραγματοποιούν πολυπλεξία/ αποπολυπλεξία δεδομένων.

Στη δεκαετία του 1970, ο Norman Abrahamson, μαζί με τους συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης, πρότειναν πρωτότυπο τρόπολύση στο πρόβλημα πρόσβασης στο δίκτυο, το οποίο αργότερα ονομάστηκε ALOHA. Αυτός ο αλγόριθμος χρησιμοποιήθηκε για την πρόσβαση στο ραδιοφωνικό κανάλι μεγάλος αριθμόςανεξάρτητους χρήστες. Το ALOHA επιτρέπει σε όλους τους χρήστες να μεταφέρουν όταν το χρειάζονται. Σε αυτή την περίπτωση, οι συγκρούσεις και η παραμόρφωση των μεταδιδόμενων δεδομένων είναι αναπόφευκτες. Αλγόριθμος, ευχαριστώ ανατροφοδότηση, επιτρέπει στους αποστολείς να γνωρίζουν εάν τα δεδομένα έχουν καταστραφεί κατά τη μετάδοση. Εάν εντοπιστεί μια τέτοια σύγκρουση, όλοι οι συμμετέχοντες περιμένουν λίγο και προσπαθήστε ξανά. Ο χρόνος παραμονής είναι τυχαιοποιημένος, καθιστώντας τις επαναλαμβανόμενες συγκρούσεις λιγότερο πιθανές.

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ του αλγορίθμου ALOHA από CSMA/CD (χρησιμοποιείται στο Ethernet) όσον αφορά τις συγκρούσεις είναι ότι στην πρώτη περίπτωση οι συγκρούσεις ανιχνεύονται στην είσοδο του δέκτη και στη δεύτερη - στην έξοδο του αποστολέα.

Πολυπλεξίαμπορεί να γίνει με συχνότητα (κατά μήκος κύματος - FDM), δίνοντας σε διαφορετικούς πελάτες διαφορετικά εύρη συχνοτήτων ή με χρόνο (TDM), επιτρέποντας στους πελάτες να έχουν πρόσβαση στο περιβάλλον δικτύου με τη σειρά τους και δεσμεύοντας σταθερές διαδοχικές χρονοθυρίδες για καθένα από αυτά να λειτουργήσει. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να συγχρονιστεί η εργασία όλων των συμμετεχόντων στη διαδικασία. ΣΕ Πρόσφαταάρχισε επίσης να χρησιμοποιείται πολυπλεξίαμε κωδικούς CDMA(Code Division Multiple Access), όπου σε κάθε συμμετέχοντα εκχωρείται ένας μοναδικός κωδικός chip και όλοι οι πελάτες επιτρέπεται να χρησιμοποιούν τα πάντα εύρος συχνοτήτωνσε κάθε δεδομένη στιγμή.

Τα περισσότερα σύγχρονα τοπικά δίκτυα βασίζονται στον αλγόριθμο πρόσβασης CSMA/CD (Carrier Sensitive Multiple Access with Collision Detection), όπου όλοι οι κόμβοι έχουν ίση πρόσβαση στο περιβάλλον δικτύου και εάν γίνει ταυτόχρονη προσπάθεια, ανιχνεύεται μια σύγκρουση και η περίοδος μετάδοσης επαναλαμβάνεται αργότερα. Ένας αριθμός παραλλαγών ενός τέτοιου πρωτοκόλλου εξετάστηκαν από τους Kleinrock και Tobagi το 1975. Μετά τη μετάδοση του επόμενου πακέτου (πλαίσιο), συνήθως γίνεται μια παύση. Μετά από αυτό, οποιοσδήποτε κόμβος είναι συνδεδεμένος στο τμήμα δικτύου μπορεί να δοκιμάσει την τύχη του. Μια τροποποίηση του αλγόριθμου CSMA είναι ένα σχήμα στο οποίο, μετά τη μετάδοση του πλαισίου, εκχωρείται ένας ορισμένος τομέας χρόνου (ανταγωνισμός) όταν οι αιτούντες μπορούν να τακτοποιήσουν τα πράγματα μεταξύ τους. Σε περίπτωση σύγκρουσης, η μετάδοση μπορεί να ξεκινήσει μόνο κατά τον επόμενο αγωνιστικό τομέα. Αυτή η τροποποίηση θα πρέπει να παρέχει κάποια μηχανισμός συγχρονισμούκαι εξαλείφοντας μια ατελείωτη σειρά συγκρούσεων.

Το CSMA είναι προτιμότερο από το ALOHA επειδή κανένας χρήστης δεν αρχίζει να εκπέμπει εάν το κανάλι είναι απασχολημένο. Αυτή η μέθοδος πρόσβασης καλύπτεται από τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ 4063220 και 4099024 (Xerox), αλλά η IEEE έχει μια συμφωνία με αυτήν την εταιρεία που επιτρέπει τη χρήση αυτού του αλγόριθμου χωρίς περιορισμούς. Δεν υπάρχει δυνατότητα πρόσβασης κατά προτεραιότητα και για το λόγο αυτό τέτοια δίκτυα δεν είναι κατάλληλα για εργασίες ελέγχου σε πραγματικό χρόνο. Κάποια τροποποίηση του αλγόριθμου CSMA/CD (όπως γίνεται στα δίκτυα CAN ή στο IBM DSDB) μπορεί να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς. Η πρόσβαση CSMA/CD (λόγω συγκρούσεων) επιβάλλει έναν περιορισμό ελάχιστου μήκους πακέτου. Ουσιαστικά, η μέθοδος πρόσβασης CSMA/CD (στην περίπτωση μισής διπλής όψης) περιλαμβάνει πακέτα μετάδοσης (δεν πρέπει να συγχέονται με τη διεύθυνση εκπομπής). Όλοι οι σταθμοί εργασίας στο τμήμα λογικού δικτύου αντιλαμβάνονται αυτά τα πακέτα τουλάχιστον εν μέρει για να διαβάσουν το τμήμα διεύθυνσης. Με τη διεύθυνση εκπομπής, τα πακέτα όχι μόνο διαβάζονται εξ ολοκλήρου σε ένα buffer, αλλά ο επεξεργαστής διακόπτεται επίσης για να επεξεργαστεί την άφιξη ενός τέτοιου πακέτου.

Η λογική συμπεριφοράς των θεμάτων σε ένα δίκτυο με πρόσβαση CSMA/CD μπορεί να διαφέρει. Εδώ, σημαντικό ρόλο παίζει αν ο χρόνος πρόσβασης αυτών των θεμάτων είναι συγχρονισμένος. Με το Ethernet δεν υπάρχει τέτοιος συγχρονισμός. Γενικά, με την παρουσία συγχρονισμού, είναι δυνατοί οι ακόλουθοι αλγόριθμοι:

1. Εάν το κανάλι είναι ελεύθερο, το τερματικό μεταδίδει ένα πακέτο με πιθανότητα 1.
2. Εάν το κανάλι είναι απασχολημένο, το τερματικό περιμένει να απελευθερωθεί και μετά εκπέμπει.

1. Εάν το κανάλι είναι ελεύθερο, το τερματικό μεταδίδει το πακέτο.
2. Εάν το κανάλι είναι απασχολημένο, το τερματικό καθορίζει την ώρα της επόμενης προσπάθειας μετάδοσης. Αυτός ο χρόνος μπορεί να δοθεί από κάποια στατιστική κατανομή.

1. Εάν το κανάλι είναι ελεύθερο, το τερματικό μεταδίδει το πακέτο με πιθανότητα p και με πιθανότητα 1p αναβάλλει τη μετάδοση για t δευτερόλεπτα (για παράδειγμα, στον επόμενο τομέα χρόνου).
2. Όταν προσπαθήσετε ξανά σε περίπτωση δωρεάν κανάλιο αλγόριθμος δεν αλλάζει.
3. Εάν το κανάλι είναι απασχολημένο, το τερματικό περιμένει έως ότου το κανάλι απελευθερωθεί και μετά ενεργεί ξανά σύμφωνα με τον αλγόριθμο στο σημείο 1.

Αλγόριθμος ΕΝΑΜε την πρώτη ματιά φαίνεται ελκυστικό, αλλά περιέχει την πιθανότητα συγκρούσεων με πιθανότητα 100%. Αλγόριθμοι σιΚαι ΣΕπιο ανθεκτικό σε αυτό το πρόβλημα.

Η αποτελεσματικότητα του αλγορίθμου CSMA εξαρτάται από το πόσο γρήγορα η πλευρά που εκπέμπει μαθαίνει για το γεγονός μιας σύγκρουσης και διακόπτει τη μετάδοση, επειδή η συνέχιση είναι άσκοπη - τα δεδομένα είναι ήδη κατεστραμμένα. Αυτός ο χρόνος εξαρτάται από το μήκος του τμήματος δικτύου και τις καθυστερήσεις στον εξοπλισμό του τμήματος. Το διπλάσιο της τιμής καθυστέρησης καθορίζει το ελάχιστο μήκος ενός πακέτου που μεταδίδεται σε ένα τέτοιο δίκτυο. Εάν το πακέτο είναι μικρότερο, μπορεί να μεταδοθεί χωρίς ο αποστολέας να γνωρίζει ότι έχει καταστραφεί από τη σύγκρουση. Για σύγχρονα τοπικά δίκτυα Ethernet, βασισμένα σε διακόπτες και συνδέσεις πλήρους αμφίδρομης λειτουργίας, αυτό το πρόβλημα είναι άσχετο.

Για να διευκρινιστεί αυτή η δήλωση, εξετάστε την περίπτωση όταν ένας από τους σταθμούς (1) μεταδίδει ένα πακέτο στον πιο απομακρυσμένο υπολογιστή (2) σε ένα δεδομένο τμήμα δικτύου. Ας υποθέσουμε ότι ο χρόνος διάδοσης του σήματος σε αυτό το μηχάνημα είναι ίσος με T. Ας υποθέσουμε επίσης ότι το μηχάνημα (2) προσπαθεί να αρχίσει να εκπέμπει ακριβώς τη στιγμή που το πακέτο φτάνει από το σταθμό (1). Σε αυτήν την περίπτωση, ο σταθμός (1) μαθαίνει για τη σύγκρουση μόνο μετά από χρόνο 2Τ μετά την έναρξη της μετάδοσης (ο χρόνος διάδοσης του σήματος από το (1) στο (2) συν το χρόνο μετάδοσης του σήματος σύγκρουσης από το (2) στο (1) ). Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η καταχώρηση σύγκρουσης είναι μια αναλογική διαδικασία και ο σταθμός εκπομπής πρέπει να «ακούει» το σήμα στο καλώδιο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετάδοσης, συγκρίνοντας το αποτέλεσμα ανάγνωσης με αυτό που εκπέμπει. Είναι σημαντικό το σχήμα κωδικοποίησης σήματος να επιτρέπει την ανίχνευση σύγκρουσης. Για παράδειγμα, το άθροισμα δύο σημάτων με επίπεδο 0 δεν θα επιτρέψει να γίνει αυτό. Ίσως πιστεύετε ότι η μετάδοση ενός μικρού πακέτου με παραμόρφωση λόγω σύγκρουσης δεν είναι τόσο μεγάλο πρόβλημα, το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με έλεγχο παράδοσης και αναμετάδοση.

Θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μόνο ότι η αναμετάδοση σε περίπτωση σύγκρουσης που καταγράφεται από τη διεπαφή πραγματοποιείται από την ίδια τη διεπαφή και η αναμετάδοση στην περίπτωση ελέγχου παράδοσης απόκρισης εκτελείται από τη διαδικασία εφαρμογής, που απαιτεί πόρους κεντρικός επεξεργαστής σταθμός εργασίας .

Μια σύγκριση της αποτελεσματικότητας χρήσης καναλιού για διάφορα πρωτόκολλα τυχαίας πρόσβασης φαίνεται στο Σχήμα. 10.5.

Ρύζι. 10.5.

Πρωτόκολλο πρόσβασης CSMAμπορεί να υποθέσει ότι όταν το κανάλι είναι ελεύθερο και ο σταθμός εργασίας είναι έτοιμος να ξεκινήσει τη μετάδοση, πραγματική αποστολήπλαίσιο μέσα σε ένα δεδομένο χρονικό πεδίο εμφανίζεται με μια ορισμένη πιθανότητα p. Υπάρχει πιθανότητα η 1η μετάδοση να καθυστερήσει μέχρι τον επόμενο τομέα χρόνου. Στον επόμενο τομέα, εάν το κανάλι είναι ελεύθερο, με πιθανότητα p η μετάδοση θα γίνει ή θα καθυστερήσει μέχρι τον επόμενο τομέα κ.ο.κ. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να μεταδοθεί το πλαίσιο. Στο σχήμα, αυτή η πιθανότητα p σημειώνεται με αριθμούς μετά τη συντομογραφία "CSMA". Στην περίπτωση του Ethernet, αυτή η πιθανότητα είναι ίση με ένα (CSMA-1), δηλαδή, ο σταθμός εργασίας σίγουρα θα αρχίσει να εκπέμπει εάν είναι έτοιμος για αυτό και το κανάλι είναι ελεύθερο. Το σχήμα δείχνει ότι όσο μικρότερη είναι αυτή η πιθανότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση (αυξάνεται επίσης ο μέσος χρόνος πρόσβασης στο περιβάλλον δικτύου). Είναι προφανές ότι όλες οι ποικιλίες του πρωτοκόλλου πρόσβασης CSMA είναι πιο αποτελεσματικές από το πρωτόκολλο ALOHA και στις δύο ποικιλίες του. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κανένας σταθμός δεν ξεκινά τη μετάδοση εάν εντοπίσει ότι το περιβάλλον του δικτύου είναι απασχολημένο. Υπάρχει μια άλλη παραλλαγή του πρωτοκόλλου CSMA ( μη επίμονος), στο οποίο το υποκείμενο του δικτύου, όταν είναι έτοιμο, αναλύει την κατάσταση του περιβάλλοντος δικτύου και, εάν το κανάλι είναι απασχολημένο, συνεχίζει την προσπάθεια μετά από ένα ψευδοτυχαίο χρονικό διάστημα, δηλαδή συμπεριφέρεται σαν να είχε συμβεί σύγκρουση. Αυτός ο αλγόριθμος αυξάνει την αποτελεσματικότητα της χρήσης καναλιού με σημαντική αύξηση της μέσης καθυστέρησης πρόσβασης.

είναι δύσκολο να βρεις κάτι. Αντίθετα, όταν η καθυστέρηση πρόσβασης είναι ασήμαντη και το φορτίο του καναλιού είναι υψηλό, τότε θα πρέπει να χρησιμοποιείται μία από τις ποικιλίες του πρωτοκόλλου πρόσβασης CSMA ή ένα από τα πρωτόκολλα που εξαλείφουν την πιθανότητα σύγκρουσης πλαισίου. Τέτοιοι αλγόριθμοι περιγράφονται παρακάτω.

Ας δούμε πώς μπορείτε να αποφύγετε προβλήματα σύγκρουσης πακέτων. Έστω N σταθμοί εργασίας να είναι συνδεδεμένοι στο τμήμα δικτύου. Μετά τη μετάδοση οποιουδήποτε πακέτου, κατανέμονται N χρονοθυρίδες. Σε κάθε μηχάνημα που είναι συνδεδεμένο στο τμήμα δικτύου εκχωρείται ένα από αυτά τα διαστήματα διάρκειας L. Εάν το μηχάνημα έχει δεδομένα και είναι έτοιμο να ξεκινήσει τη μετάδοση, γράφει ένα bit ίσο με 1 σε αυτό το διάστημα Με την ολοκλήρωση αυτών των διαστημάτων N, οι σταθμοί εργασίας, με τη σειρά τους, που προσδιορίζονται από τον αριθμό του εκχωρημένου διαστήματος, μεταδίδουν τα πακέτα τους (βλ. 10,6, Ν = 8).

Ρύζι. 10.6.

Στο παράδειγμα στο Σχ. 10.6, οι πρώτοι σταθμοί 0, 2 και 6 λαμβάνουν το δικαίωμα μετάδοσης και στον επόμενο κύκλο - 2 και 5 (τα προωθημένα πακέτα είναι χρωματισμένα με γκρι χρώμα). Εάν ένας σταθμός εργασίας θέλει να μεταδώσει κάτι όταν το διάστημα του (τομέας) έχει ήδη παρέλθει, θα πρέπει να περιμένει για τον επόμενο κύκλο. Ουσιαστικά, αυτός ο αλγόριθμος είναι ένα πρωτόκολλο κράτησης. Το μηχάνημα γνωστοποιεί τις προθέσεις του πριν αρχίσει να μεταδίδει οτιδήποτε. Όσο περισσότεροι υπολογιστές είναι συνδεδεμένοι σε ένα τμήμα δικτύου, τόσο περισσότερες χρονοθυρίδες πρέπει να δεσμεύονται και τόσο χαμηλότερη είναι η απόδοση του δικτύου. Είναι σαφές ότι η απόδοση αυξάνεται με την αύξηση του L.

Παραλλαγή αυτού του αλγορίθμουπρόσβαση σε δίκτυα συλλογής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο ΜΠΟΡΩ( Δίκτυο περιοχής ελεγκτή - http://www.kvaser.se/can/protocol/index.htm - αλγόριθμος πρόσβασης CSMA/CA- αποφυγή σύγκρουσης - με εξαίρεση τις συγκρούσεις). Εκεί, στα διαστήματα που υποδεικνύονται παραπάνω, γράφεται ο κωδικός προτεραιότητας του σταθμού εργασίας. Επιπλέον, οι σταθμοί πρέπει να συγχρονιστούν και να αρχίσουν να καταγράφουν μοναδικός κωδικόςταυτόχρονα εάν όλα ή μέρος τους είναι έτοιμα να ξεκινήσουν τη μετάδοση. Αυτά τα σήματα στο δίαυλο αθροίζονται χρησιμοποιώντας μια λειτουργία καλωδίου Ή (εάν τουλάχιστον ένας από τους συμμετέχοντες ορίσει ένα λογικό, ο δίαυλος θα είναι χαμηλός). Στη διαδικασία της διαιτησίας bit, κάθε πομπός συγκρίνει το επίπεδο μεταδιδόμενο σήμαμε πραγματικό επίπεδο στο λεωφορείο. Εάν αυτά τα επίπεδα είναι πανομοιότυπα, μπορεί να συνεχιστεί, διαφορετικά η μεταφορά διακόπτεται και το λεωφορείο παραμένει στη διάθεση του πλαισίου υψηλότερης προτεραιότητας. Για να εξηγήσουμε τη λειτουργία του αλγορίθμου, ας υποθέσουμε ότι N = 5 και ταυτόχρονα γίνεται προσπάθεια να ξεκινήσει η μετάδοση ενός σταθμού με κωδικούς προτεραιότητας 10000, 10100 και 00100. Τα πρώτα bit που στέλνουν οι σταθμοί είναι 1, 1 και 0. Ο τρίτος σταθμός αποκλείεται αμέσως από τον ανταγωνισμό (του

Ένα τοπικό δίκτυο περιλαμβάνει πάντα πολλούς συνδρομητές και καθένας από αυτούς, κατά κανόνα, λειτουργεί ανεξάρτητα και μπορεί να έχει πρόσβαση στο δίκτυο ανά πάσα στιγμή. Ωστόσο, εάν δύο υπολογιστές προσπαθήσουν να μεταδώσουν δεδομένα ταυτόχρονα, τα πακέτα τους θα συγκρουστούν και θα καταστραφούν - θα συμβεί μια λεγόμενη σύγκρουση. Για τον εξορθολογισμό της χρήσης του δικτύου από διάφορους συνδρομητές, για την πρόληψη ή την επίλυση διενέξεων μεταξύ τους, απαιτείται έλεγχος πρόσβασης στο δίκτυο. Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι πρόσβασης:

Πολλαπλή πρόσβαση με αίσθηση φορέα και ανίχνευση σύγκρουσης.

Πολλαπλή πρόσβαση με αίσθηση φορέα και αποφυγή σύγκρουσης.

Πρόσβαση με διακριτικό πέρασμα.

Προτεραιότητα πρόσβασης βάσει αιτήματος.

Η πρώτη μέθοδος χρησιμοποιείται αποκλειστικά σε δίκτυα με λογικό κοινό δίαυλο. Όλοι οι υπολογιστές σε ένα τέτοιο δίκτυο έχουν άμεση πρόσβαση σε έναν κοινό δίαυλο, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ δύο υπολογιστών. Ταυτόχρονα, όλοι οι υπολογιστές του δικτύου έχουν την ευκαιρία να φυσικό περιβάλλον) λαμβάνουν δεδομένα που οποιοσδήποτε από τους υπολογιστές έχει αρχίσει να μεταδίδει σε έναν κοινό δίαυλο. Το καλώδιο στο οποίο είναι συνδεδεμένοι όλοι οι σταθμοί λέγεται ότι λειτουργεί σε λειτουργία πολλαπλής πρόσβασης (MA). Η ουσία της μεθόδου είναι η εξής:

α) ένας σταθμός που επιθυμεί να μεταδώσει δεδομένα πρέπει να διασφαλίσει ότι το κοινό μέσο είναι καθαρό. Αυτό επιτυγχάνεται ακούγοντας τη θεμελιώδη αρμονική του σήματος, η οποία ονομάζεται φέρουσα συχνότητα (carrier-sense, CS). Ένα σημάδι ότι το μέσο είναι απασχολημένο είναι η απουσία φέρουσας συχνότητας σε αυτό, η οποία με τη μέθοδο κωδικοποίησης Manchester είναι 5 - 10 MHz, ανάλογα με τη σειρά των μονάδων και μηδενικών που μεταδίδονται σε αυτή τη στιγμή. Εάν το μέσο είναι ελεύθερο, τότε ο κόμβος μπορεί να αρχίσει να μεταδίδει δεδομένα. Μετά το τέλος της μετάδοσης δεδομένων, όλοι οι κόμβοι του δικτύου απαιτείται να αντέξουν μια τεχνολογική παύση (Inter Packet Gap) 9,6 μs. Αυτή η παύση είναι απαραίτητη για να εισέλθουν οι προσαρμογείς την αρχική κατάσταση, καθώς και για την αποτροπή της μονοπωλιακής σύλληψης του περιβάλλοντος από έναν σταθμό.

β) μετά το τέλος της τεχνολογικής παύσης, οι κόμβοι έχουν το δικαίωμα να ξεκινήσουν τη μετάδοση δεδομένων, αφού το μέσο είναι ελεύθερο. Κατά τη μετάδοση δεδομένων, όλοι οι σταθμοί παρακολουθούν ταυτόχρονα τα σήματα που εμφανίζονται στο καλώδιο. Εάν τα σήματα που εκπέμπονται και τα παρατηρούμενα διαφέρουν, τότε ανιχνεύεται η ανίχνευση σύγκρουσης (CD) (σύγκρουση πακέτων).

γ) εάν ένας σταθμός έχει εντοπίσει σύγκρουση, τότε, προκειμένου να αυξηθεί η πιθανότητα έγκαιρης ανίχνευσης αυτής της σύγκρουσης από όλους τους σταθμούς του δικτύου, διακόπτει τη μετάδοση των δεδομένων του και ενισχύει την κατάσταση σύγκρουσης στέλνοντας μια ειδική ακολουθία 32 bits στο δίκτυο, που ονομάζεται ακολουθία εμπλοκής.

δ) μετά από αυτό, ο σταθμός εκπομπής που ανιχνεύει τη σύγκρουση πρέπει να σταματήσει να εκπέμπει και να σταματήσει για ένα σύντομο τυχαίο χρονικό διάστημα. Στη συνέχεια, μπορεί να επιχειρήσει να καταλάβει ξανά το μέσο και να μεταδώσει δεδομένα. Η τυχαία παύση επιλέγεται από στον παρακάτω αλγόριθμο: t πίσω = N t s, όπου N – τυχαίος αριθμός, και το t c καθορίζεται από την καθυστέρηση στο δίκτυο και δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2L/V (L είναι το συνολικό μήκος του δικτύου, V είναι η ταχύτητα διάδοσης του σήματος στο καλώδιο).

Στο Σχ. 2.8. δείχνει ένα διάγραμμα της εμφάνισης και της διάδοσης μιας σύγκρουσης.

Εικόνα 2.8. Διάγραμμα εμφάνισης και διάδοσης μιας σύγκρουσης

Πως περισσότερους υπολογιστέςδιαδικτυακά, τόσο πιο έντονο κυκλοφορίας δικτύου, και ο αριθμός των συγκρούσεων αυξάνεται, γεγονός που προκαλεί επιβράδυνση του δικτύου.

Για να μειώσετε την ένταση των συγκρούσεων, πρέπει είτε να μειώσετε την κυκλοφορία, για παράδειγμα, να μειώσετε τον αριθμό των κόμβων σε ένα τμήμα ή να αντικαταστήσετε εφαρμογές, είτε να αυξήσετε την ταχύτητα του πρωτοκόλλου.

Η δεύτερη μέθοδος είναι η πιο μη δημοφιλής από όλες τις μεθόδους πρόσβασης. Χρησιμοποιώντας το CSMA/CA, κάθε υπολογιστής σηματοδοτεί την πρόθεσή του πριν από τη μετάδοση δεδομένων στο δίκτυο, έτσι ώστε οι άλλοι υπολογιστές να «γνωρίζουν» για την επικείμενη μετάδοση και να μπορούν να αποφύγουν συγκρούσεις. Ωστόσο ειδοποίηση εκπομπήςαυξάνει τη συνολική κίνηση του δικτύου και μειώνει την απόδοσή του. Επομένως, το CSMA/CA είναι πιο αργό από το CSMA/CD.

Η μέθοδος πρόσβασης διαβίβασης διακριτικού είναι η εξής:

α) ένα ειδικό πακέτο, που ονομάζεται token, κυκλοφορεί γύρω από το δαχτυλίδι από υπολογιστή σε υπολογιστή, συγχρονίζοντας την εργασία των συνδρομητών του δικτύου. Ένας υπολογιστής που θέλει να στείλει δεδομένα στο δίκτυο πρέπει να περιμένει να φτάσει ένα δωρεάν διακριτικό και να το αρπάξει. Έχοντας καταγράψει το διακριτικό, ο υπολογιστής το επισημαίνει ως κατειλημμένο (το χωρίζει σε πλαίσια, η κεφαλίδα των οποίων περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη διεύθυνση του παραλήπτη και του αποστολέα), προσθέτει το δικό του πακέτο σε αυτό και στέλνει το πακέτο που προκύπτει (κουπόνι + πακέτο) πιο πέρα ​​στο δαχτυλίδι?

β) κάθε υπολογιστής που λαμβάνει αυτό το πακέτο ελέγχει εάν το πακέτο απευθύνεται σε αυτόν. Εάν το πακέτο δεν είναι δικό του, ο υπολογιστής το στέλνει περαιτέρω κατά μήκος του «δαχτυλιδιού». Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι σε αυτήν την περίπτωση το πακέτο πρέπει να γίνει αποδεκτό από κάθε υπολογιστή και μόνο τότε να σταλεί (ή να μην σταλεί) περαιτέρω.

γ) ένας υπολογιστής που αναγνωρίζει ένα πακέτο που απευθύνεται σε αυτόν, αποδέχεται αυτό το πακέτο, ορίζει ένα ειδικά εκχωρημένο bit επιβεβαίωσης στο διακριτικό και στέλνει το συνδυασμό του διακριτικού και του πακέτου περαιτέρω.

δ) ο υπολογιστής αποστολής λαμβάνει πίσω το μήνυμά του, το οποίο έχει περάσει από ολόκληρο τον δακτύλιο και στέλνει ξανά το διακριτικό στο δίκτυο. Ταυτόχρονα, γνωρίζει ήδη αν το πακέτο του έγινε αποδεκτό από τον παραλήπτη ή όχι από την ανάλυση του bit επιβεβαίωσης.

Στο Σχ.2.9. εμφανίζει τη μέθοδο πρόσβασης διαβίβασης διακριτικού.

Εικόνα 2.9. Μέθοδος πρόσβασης διαβίβασης διακριτικού

Προτεραιότητα πρόσβασης βάσει αιτήματος (προτεραιότητα ζήτησης) – σχετικά νέα μέθοδοςπρόσβαση, σχεδιασμένο για δίκτυο Ethernet με ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων 100 Mbit/s - 100 VG - AnyLAN.

Αυτή η μέθοδος λαμβάνει υπόψη τη μοναδική διαμόρφωση των δικτύων 100VG-AnyLAN, τα οποία αποτελούνται μόνο από διακόπτες και τερματικές συσκευές. Ο μεταγωγέας ελέγχει την πρόσβαση στο καλώδιο μετρώντας διαδοχικά κάθε κόμβο στο δίκτυο για αιτήματα μετάδοσης. Ένας σταθμός που επιθυμεί να μεταδώσει ένα πακέτο στέλνει ένα ειδικό σήμα χαμηλής συχνότηταςδιακόπτη και υποδεικνύει την προτεραιότητά του. Το δίκτυο 100VG - AnyLAN χρησιμοποιεί δύο επίπεδα προτεραιότητας - χαμηλό και υψηλό. Χαμηλό επίπεδοη προτεραιότητα αντιστοιχεί στα κανονικά δεδομένα ( υπηρεσία αρχείων, υπηρεσία εκτύπωσης, κ.λπ.), και η υψηλή προτεραιότητα αντιστοιχεί σε δεδομένα που είναι ευαίσθητα σε χρονικές καθυστερήσεις (για παράδειγμα, πολυμέσα).

Εάν το δίκτυο είναι ελεύθερο, τότε ο μεταγωγέας επιτρέπει τη μετάδοση του πακέτου. Μετά την ανάλυση της διεύθυνσης προορισμού στο ληφθέν πακέτο, ο μεταγωγέας στέλνει αυτόματα το πακέτο στον σταθμό προορισμού. Εάν το δίκτυο είναι απασχολημένο, ο μεταγωγέας τοποθετεί το ληφθέν αίτημα σε μια ουρά, η οποία επεξεργάζεται σύμφωνα με τη σειρά με την οποία φτάνουν τα αιτήματα και λαμβάνοντας υπόψη τις προτεραιότητες (το αίτημα με την υψηλότερη προτεραιότητα επεξεργάζεται πρώτα). Εάν είναι συνδεδεμένος άλλος διακόπτης στη θύρα, η τηλεπαραλαβή αναστέλλεται έως ότου ο διακόπτης κατάντη ολοκληρώσει τη μέτρηση.

Σε δίκτυα που χρησιμοποιούν πρόσβαση κατά προτεραιότητα αιτήματος, η επικοινωνία πραγματοποιείται μόνο μεταξύ του υπολογιστή αποστολής, του μεταγωγέα και του υπολογιστή λήψης. Αυτή η επιλογή είναι πιο αποτελεσματική από το CSMA/CD, όπου η μετάδοση πραγματοποιείται για ολόκληρο το δίκτυο. Επιπλέον, σε τέτοια δίκτυα, κάθε υπολογιστής μπορεί ταυτόχρονα να μεταδίδει και να λαμβάνει δεδομένα, καθώς χρησιμοποιούν ένα καλώδιο οκτώ καλωδίων, κάθε ζεύγος καλωδίων του οποίου μεταδίδει σήματα σε συχνότητα 25 MHz. Το σχήμα 2.10 δείχνει τη μέθοδο πρόσβασης κατά προτεραιότητα αιτήματος.

Εικόνα 2.10. Μέθοδος πρόσβασης κατά προτεραιότητα αιτήματος

Η μέθοδος πρόσβασης είναι ο τρόπος για να προσδιοριστεί ποιος σταθμός εργασίας μπορεί να χρησιμοποιήσει το LAN στη συνέχεια. Ο τρόπος με τον οποίο ένα δίκτυο διαχειρίζεται την πρόσβαση στο κανάλι επικοινωνίας (καλώδιο) επηρεάζει σημαντικά την απόδοσή του. Παραδείγματα μεθόδων πρόσβασης είναι:

- πολλαπλή πρόσβαση με ακρόαση φορέα και ανάλυση σύγκρουσης (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD).

- Token Passing Multiple Access (TPMA) ή μέθοδος διαβίβασης token.

- πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης χρόνου (TDMA).

- Πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης συχνότητας (FDMA) ή πολλαπλής πρόσβασης διαίρεσης μήκους κύματος (WDMA).

CSMA/CD

Ο αλγόριθμος πολλαπλής πρόσβασης με ακρόαση φορέα και ανάλυση σύγκρουσης φαίνεται στο Σχ. 4.1.

Ρύζι. 4.1 Αλγόριθμος CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access and Collision Resolution (CSMA/CD)καθορίζει την ακόλουθη σειρά: εάν ένας σταθμός εργασίας θέλει να χρησιμοποιήσει το δίκτυο για τη μεταφορά δεδομένων, πρέπει πρώτα να ελέγξει την κατάσταση του καναλιού: ο σταθμός μπορεί να αρχίσει να εκπέμπει εάν το κανάλι είναι ελεύθερο. Κατά τη μετάδοση, ο σταθμός συνεχίζει να ακούει το δίκτυο για να ανιχνεύσει πιθανές συγκρούσεις. Εάν προκύψει μια σύγκρουση λόγω του γεγονότος ότι δύο κόμβοι προσπαθούν να καταλάβουν το κανάλι, τότε η πλακέτα διασύνδεσης που ανιχνεύει τη σύγκρουση εκδίδει ένα σήμα στο δίκτυο ειδικό σήμα, και οι δύο σταθμοί σταματούν να εκπέμπουν ταυτόχρονα. Ο σταθμός λήψης απορρίπτεται μερικώς έλαβε μήνυμακαι όλοι οι σταθμοί εργασίας που επιθυμούν να μεταδώσουν ένα μήνυμα περιμένουν για κάποιο τυχαία επιλεγμένο χρονικό διάστημα πριν ξεκινήσουν το μήνυμα.

Όλες οι κάρτες διασύνδεσης δικτύου είναι προγραμματισμένες για διαφορετικά ψευδοτυχαία χρονικά διαστήματα. Εάν προκύψει διένεξη κατά την αναμετάδοση μηνύματος, αυτή η χρονική περίοδος θα αυξηθεί. Πρότυπο τύπου Ethernetορίζει ένα δίκτυο διαμάχης στο οποίο πολλοί σταθμοί εργασίας πρέπει να ανταγωνίζονται μεταξύ τους για πρόσβαση στο δίκτυο.

TPMA

Ο αλγόριθμος πολλαπλής πρόσβασης με τη μεταφορά εξουσίας, ή διακριτικού, φαίνεται στο Σχ. 4.2.

Ρύζι. 4.2 Αλγόριθμος TPMA

Μέθοδος διαβίβασης διακριτικώνείναι μια μέθοδος πρόσβασης μέσου κατά την οποία ένα διακριτικό μεταβιβάζεται από σταθμό εργασίας σε σταθμό εργασίας δίνοντας άδεια για τη μετάδοση ενός μηνύματος. Όταν ένας σταθμός εργασίας λαμβάνει ένα διακριτικό, μπορεί να μεταδώσει ένα μήνυμα επισυνάπτοντάς το σε ένα διακριτικό που μεταφέρει το μήνυμα στο δίκτυο. Κάθε σταθμός μεταξύ του σταθμού αποστολής και του σταθμού λήψης βλέπει αυτό το μήνυμα, αλλά μόνο ο σταθμός προορισμού το λαμβάνει. Ταυτόχρονα, δημιουργεί έναν νέο δείκτη.

Ένα διακριτικό, ή αρχή, είναι ένας μοναδικός συνδυασμός bit που επιτρέπει την έναρξη της μετάδοσης δεδομένων.

Κάθε κόμβος λαμβάνει ένα πακέτο από τον προηγούμενο, επαναφέρει τα επίπεδα σήματος στο ονομαστικό επίπεδο και το μεταδίδει περαιτέρω. Το μεταδιδόμενο πακέτο μπορεί να περιέχει δεδομένα ή να είναι διακριτικό. Όταν ένας σταθμός εργασίας χρειάζεται να μεταδώσει ένα πακέτο, ο προσαρμογέας του περιμένει να φτάσει το διακριτικό, στη συνέχεια το μετατρέπει σε ένα πακέτο που περιέχει δεδομένα μορφοποιημένα χρησιμοποιώντας το κατάλληλο επίπεδο πρωτοκόλλου και μεταδίδει το αποτέλεσμα περαιτέρω. LAN.

Το πακέτο διανέμεται κατά μήκος LANαπό προσαρμογέα σε προσαρμογέα έως ότου βρει τον προορισμό του, ο οποίος ορίζει ορισμένα bit σε αυτό για να επιβεβαιώσει ότι τα δεδομένα έχουν φτάσει στον παραλήπτη και τα αναμεταδίδει ξανά σε LAN. Μετά από αυτό το πακέτο επιστρέφεται στον κόμβο από τον οποίο στάλθηκε. Εδώ, αφού επαληθευτεί η μετάδοση χωρίς σφάλματα του πακέτου, ο κόμβος απελευθερώνεται LAN, απελευθερώνοντας έναν νέο δείκτη. Έτσι, σε LANΜε τη μεταφορά ενός διακριτικού, οι συγκρούσεις (συγκρούσεις) είναι αδύνατες. Η μέθοδος του token passing χρησιμοποιείται κυρίως στην τοπολογία δακτυλίου.

Αυτή η μέθοδος χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

- εγγυήσεις συγκεκριμένη ώραπαράδοση μπλοκ δεδομένων στο δίκτυο·

- καθιστά δυνατή την παροχή διαφορετικών προτεραιοτήτων μεταφοράς δεδομένων.

Ωστόσο, έχει σημαντικά μειονεκτήματα:

- Είναι δυνατή η απώλεια ενός δείκτη στο δίκτυο, καθώς και η εμφάνιση πολλών δεικτών και το δίκτυο σταματά να λειτουργεί.

- Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ενός νέου σταθμού εργασίας σχετίζεται με την αλλαγή των διευθύνσεων ολόκληρου του συστήματος.

TDMA

Η πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης χρόνου βασίζεται στην κατανομή του χρόνου λειτουργίας του καναλιού μεταξύ των συστημάτων (Εικ. 4.7).

Πρόσβαση TDMAμε βάση τη χρήση ειδική συσκευή, που ονομάζεται γεννήτρια ρολογιού. Αυτή η γεννήτρια διαιρεί το χρόνο του καναλιού σε επαναλαμβανόμενους κύκλους. Κάθε κύκλος ξεκινά με ένα σήμα Οριοθέτης. Ο κύκλος περιλαμβάνει nαριθμημένα χρονικά διαστήματα που ονομάζονται κελιά. Παρέχονται διαστήματα για τη φόρτωση μπλοκ δεδομένων σε αυτά.

Ρύζι. 4.3 Δομή πολλαπλής πρόσβασης διαίρεσης χρόνου

Αυτή η μέθοδος σάς επιτρέπει να οργανώσετε τη μετάδοση δεδομένων με μεταγωγή πακέτων και μεταγωγή κυκλώματος.

Η πρώτη (απλότερη) επιλογή για τη χρήση διαστημάτων είναι ότι ο αριθμός τους (n) είναι ίσος με τον αριθμό των συστημάτων συνδρομητών που είναι συνδεδεμένα στο εν λόγω κανάλι. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του κύκλου, δίνεται σε κάθε σύστημα ένα διάστημα κατά το οποίο μπορεί να μεταδώσει δεδομένα. Όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος πρόσβασης που συζητήθηκε, συχνά αποδεικνύεται ότι στον ίδιο κύκλο ορισμένα συστήματα δεν έχουν τίποτα να μεταφέρουν, ενώ άλλα δεν έχουν αρκετό χρόνο. Το αποτέλεσμα είναι η αναποτελεσματική χρήση της χωρητικότητας του καναλιού.

Η δεύτερη, πιο περίπλοκη, αλλά εξαιρετικά οικονομική επιλογή είναι ότι το σύστημα λαμβάνει ένα διάστημα μόνο όταν χρειάζεται να μεταδώσει δεδομένα, για παράδειγμα, με μια μέθοδο ασύγχρονης μετάδοσης. Για τη μετάδοση δεδομένων, το σύστημα μπορεί να λάβει ένα διάστημα με τον ίδιο αριθμό σε κάθε κύκλο. Σε αυτήν την περίπτωση, τα μπλοκ δεδομένων που μεταδίδονται από το σύστημα εμφανίζονται τα ίδια χρονικά διαστήματα και φτάνουν με τον ίδιο χρόνο καθυστέρησης. Αυτή είναι μια λειτουργία μετάδοσης δεδομένων που προσομοιώνει την μεταγωγή κυκλώματος. Η μέθοδος είναι ιδιαίτερα βολική για μετάδοση ομιλίας.

FDMA

Πρόσβαση FDMAβασίζεται στη διαίρεση του εύρους ζώνης του καναλιού σε μια ομάδα ζωνών συχνοτήτων (Εικ. 4.8), σχηματίζοντας λογικά κανάλια.

Το ευρύ εύρος ζώνης καναλιού χωρίζεται σε έναν αριθμό στενών ζωνών που χωρίζονται από προστατευτικές ζώνες. Τα μεγέθη των στενών λωρίδων μπορεί να διαφέρουν.

Όταν χρησιμοποιείτε FDMA, καλείται επίσης πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης κυμάτων WDMA, το ευρύ εύρος ζώνης καναλιού χωρίζεται σε έναν αριθμό στενών ζωνών που χωρίζονται από προστατευτικές ζώνες. Ένα λογικό κανάλι δημιουργείται σε κάθε στενή ζώνη. Τα μεγέθη των στενών λωρίδων μπορεί να διαφέρουν. Μεταδόθηκε από λογικά κανάλιατα σήματα υπερτίθενται σε διαφορετικούς φορείς και επομένως δεν πρέπει να τέμνονται στον τομέα συχνότητας. Ταυτόχρονα, μερικές φορές, παρά την παρουσία ζωνών προστασίας, οι φασματικές συνιστώσες του σήματος μπορούν να υπερβούν τα όρια του λογικού καναλιού και να προκαλέσουν θόρυβο στο παρακείμενο λογικό κανάλι.

Ρύζι. 4 .4 Λογικό σχήμα κατανομής καναλιών

Στα οπτικά κανάλια, η διαίρεση συχνότητας πραγματοποιείται κατευθύνοντας ακτίνες φωτός με διαφορετικές συχνότητες σε καθένα από αυτά. Χάρη σε αυτό, η απόδοση του φυσικού καναλιού αυξάνεται αρκετές φορές. Κατά την εκτέλεση αυτής της πολυπλεξίας, ένας μεγάλος αριθμός λέιζερ (σε διαφορετικές συχνότητες) εκπέμπει φως σε μία ίνα. Η ακτινοβολία καθενός από αυτά διέρχεται από τον οδηγό φωτός ανεξάρτητα από το άλλο. Στο άκρο λήψης, ο διαχωρισμός συχνότητας των σημάτων που διέρχονται από το φυσικό κανάλι πραγματοποιείται με φιλτράρισμα των σημάτων εξόδου.

Η μέθοδος πρόσβασης FDMA είναι σχετικά απλή, αλλά η εφαρμογή της απαιτεί πομπούς και δέκτες που λειτουργούν σε διαφορετικές συχνότητες.