Методи управління обміном даними

Мережа завжди об'єднує декілька абонентів, кожен з яких має право передавати свої модулі інформації, найчастіше - пакети. Для усунення конфліктів між абонентами встановдюється черговість їх доступу до мережі (у мережах з топологіями «шина» і «кільце») і черговість передачі пакетів при топології «зірка». Ця черговість визначається методом управління обміном (який інакще називають методом доступу чи арбітражу). Методи управління обміном в мережах діляться на дві групи:

· централізовані методи, в яких все управління обміном зосереджене в одному місці. Недоліки цих методів: нестійкість до відмов центру, мала гнучкість управління (центр зазвичай не може оперативно реагувати на всі події в мережі), перевага: відсутність конфліктів, оскільки центр завжди надає право на передачу тільки одному абонентові;

· децентралізовані методи, в яких відсутній центр управління. Всіма питаннями управління, зокрема запобіганням, виявленням і вирішенням конфліктів, займаються всі абоненти мережі. Головні переваги методів: висока стійкість до відмов і велика гнучкість; головний недолік - можливість конфліктів.

Децентралізовані методи, своєю чергою, поділяються на:

· детерміновані методи -визначають чіткі правила, за якими чергуються абоненти, що захоплюють мережу. Абоненти мають певну систему пріоритетів, різну для різних абонентів. При цьому, як правило, конфлікти повністю виключені (або маловірогідні), але деякі абоненти можуть чекати своєї черги на передачу дуже довго. До детермінованих методів відноситься, наприклад, маркерний доступ (мережі Token-Ring, FDDI), за якого право передачі передається за естафетою від абонента до абонента.

· випадкові методи - передбачають випадкове чергування абонентів. Випадкові методи значно гірше (в порівнянні з детермінованими) працюють при великих інформаційних потоках в мережі (при великому трафіку мережі) і не гарантують абонентові величину часу доступу. В той же час вони зазвичай стійкіші до відмов мережевого устаткування і ефективніше використовують мережу при малій інтенсивності обміну. Приклад випадкового методу – CSMA/CD (мережа Ethernet).

Тип методу управління обміном значною мірою визначається особливостями топології мережі. Так, для топології зірка найкраще пасує централізований метод. У простому централізованому методі периферійні абоненти, які бажають передати свій пакет, надсилають центру свої запити у вигляді керуючих пакетів, а центр надає їм право передачі пакету в порядку черговості, наприклад, згідно їх фізичного розташування в зірці за годинниковою стрілкою. При топології шина також можливо централізоване управління при присвоєнні одному з абонентів статусу «умовно центрального», проте частіше в шині використовується органічніше для неї децентралізоване випадкове управління, оскільки мережеві адаптери всіх абонентів в даному випадку однакові. При виборі децентрализованного управління всі абоненти мають рівні права доступу до мережі, Рішення про те, коли можна передавати свій пакет, ухвалюється кожним абонентом самостійно на основі аналізу стану мережі. В даному випадку виникає конкуренція між абонентами за захоплення мережі, і, отже, можливі конфлікти між ними і спотворення передаваної інформації внаслідок накладення пакетів.

Система пріоритетів в методі управління обміном в шині найчастіше відсутня. Саме так працює найбільш поширений стандартний метод управлінія обміном CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множинний доступ з контролем несучої і виявленням колізій), який використовується в мережі Ethernet. Його головна перевага в тому, що всі абоненти абсолютно рівноправні і жоден не може надовго заблокувати обмін іншому (як за наявності пріоритетів); колізії не запобігаються, вле вирішуються. Суть методу полягає в тому, що абонент починає передавати відразу, як тільки він з'ясує, що мережа вільна. Якщо виникають колізії, вони виявляються всіма абонентами. Абоненти припиняють передачу і відновлюють спробу нової передачі пакету через проміжок часу, тривалість якого вибирається випадковим чином, що робить малоймовірними повторні колізії.

У мережі з топологією «кільце» можна використовувати різні централізовані методи управління (як мережі з топологією «зірка»), а такожметоди випадкового доступу (як в мережі з топологією «щина»), але частіше обирають специфічні методи управління, які найповніше відповідають особливостям мережі з топологією «кільце».

Найпопулярнішими методами управління в кільцевих мережах є маркерні (естафетні). Ці методи використовують маркер (естафету) – невеликий керуючий пакет спеціального вигляду і мінімальної довжини, якийнадає абонентам право передавати свій пакет. Отримавши вільний маркер, абонент приєднує до маркера свій пакет, позначає маркер як зайнятий і відправляє цю посилку наступному по кільцю абонентові. Пакет переміщається по кільцю до адресата, який розпізнає пакет як адресований йому, приймає його, встановлює в маркері біт підтвердження прийому і передає далі за кільцем. Естафетна передача маркера за кільцем дає змогу передавати право на захоплення мережі від одного абонента до іншого (наступного за ним в кільці) після завершення операцій з раніше переданим пакетом, що підтверджується встановленням адресатом в маркері біта підтвердження прийому і передачею посилки назад по кільцю абонентові, що передав її. Той позначає маркер як вільний, видаляє з мережі свій пакет і надсилає вільний маркер далі по кільцю. Абонент, який бажає передавати пакет, чекає цього маркера, і цикл повторюється знову

Маркерні методи відносяться до децентралізованих і детермінованих методів управління обміном в мережі. У них немає явно вираженого центру, але існує чітка система пріоритетів і тому не буває конфліктів. За великої інтенсивності обміну встановлюється географічний пріоритет – право передачі після звільнення мережі переходить до наступного, в напрямі обходу кільця абонента, від останнього абонента, який здійснював передачу. За малої інтенсивності обміну, всі абоненти рівноправні і час доступу до мережі кожного з них визначається тільки положенням маркера у момент виникнення заявки на передачу.

Основна перевага маркерного методу перед CSMA/CD полягає в гарантованій величині часу доступу. Його максимальна величина, як і за централізованого методу, складає (N-1)• t_пк, де N – повна кількість абонентів у мережі, t_пк – час проходження пакету по кільцю. Маркерний метод управління обміном за великої інтенсивності обміну в мережі (завантаженість більше 30—40 %) набагато ефективніше за випадкові методи. Він дозволяє мережі працювати з більшим навантаженням, яке теоретично може наближатися до 100%.

Метод маркерного доступу використовується не лише в мережі з топологією «кільце» (наприклад, в мережі IBM Token Ring чи FDDI), але й у мережі з топологією «шина» (мережа Arcnet-BUS), а також у мережі з топологією «пасивна зірка» (мережа Arcnet-STAR). У цих випадках реалізується не фізичне, а логічне кільце, тобто всі абоненти послідовно передають один одному маркер, і цей ланцюжок їх передачі замкнутий в кільце. При цьому поєднуються переваги фізичної топології «шина» і маркерного методу управління.

У табл. 6.2 приведені характеристики класичних варіантів стандартних локальних мереж. На практиці всі стандартні мережі мають декілька варіантів, що відрізняються типом використовуваного кабелю, швидкостями передачі, допустимими розмірами мережі.

Таблиця 6.2