Керування обміном у мережі з топологією кільце

Кільцева топологія має свої особливості при виборі методу керування обміном. У цьому випадку важливо те, що будь-який пакет, посланий по кільцю, послідовно пройшовши всіх абонентів, через якийсь час повернеться в ту ж точку, до того ж абонента тому, що топологія замкнута. Тобто немає одночасного поширення сигналу в дві сторони, як у топології «шина». Відзначимо, що мережі з топологією «кільце» бувають односпрямованими і двоспрямованими. Будемо тут розглядати тільки односпрямовані, як більш розповсюджені.

Рис. 20. Маркерний метод керування обміном

(ВМ - вільний маркер, ЗМ - зайнятий маркер, МП - зайнятий маркер з підтвердженням, ПД - пакет даних)

У принципі, в мережі з топологією «кільце» можна використовувати різні централізовані методи керування (як у «зірці»), можна застосовувати також методи випадкового доступу (як у «шині»), але частіше вибирають усе-таки специфічні методи керування, найбільшою мірою відповідним саме особливостям «кільця». Найбільш популярні в цьому випадку маркерні (естафетні) методи керування, тобто ті, котрі використовують маркер (естафету) - невеликий керуючий пакет спеціального виду. Саме естафетна передача маркера по «кільцю» дозволяє передавати право на захоплення мережі від одного абонента до іншого. Маркерні методи відносяться до децентралізованим і детермінованих методів керування обміном у мережі. У них немає явно вираженого центра, але існує чітка система пріоритетів, і тому не буває конфліктів.

Розглянемо роботу маркерного методу керування в мережі з топологією «кільце» (рис. 20).

По «кільцю» безупинно ходить спеціальний пакет, маркер, що надає абонентам право передавати свій пакет. Алгоритм дій абонентів при цьому наступний.

Абонент 1, що бажає передати свій пакет, повинний дочекатися приходу до нього вільного маркера. Потім він приєднує до маркера свій пакет, позначає маркер як зайнятий і відправляє цю посилку наступному по кільцю абонентові.

Всі інші абоненти (2, 3, 4), одержавши маркер із приєднаним пакетом, перевіряють, кому адресований пакет. Якщо пакет адресований не їм, то вони передають отриману посилку (маркер + пакет) далі по «кільцю».

Якщо якийсь абонент (у нашому випадку це буде абонент 3) розпізнає пакет як адресований йому, то він приймає цей пакет, встановлює в маркері біт підтвердження прийому і передає посилку (маркер + пакет) далі по кільцю.

Абонент 1, що передавав, одержує свою посилку, що пройшла по всьому «кільцю», назад, позначає маркер як вільний, видаляє з мережі свій пакет і посилає вільний маркер далі по «кільцю». Абонент, що бажає передавати, чекає цього маркера, і усі повторюється знову.

Пріоритет при даному методі керування виходить географічний, тобто право передачі після звільнення мережі переходить до наступного по напрямку «кільця» абонента від попереднього абонента, що передавав. Але ця система пріоритетів працює тільки при великій інтенсивності обміну. При малій інтенсивності обміну всі абоненти рівноправні, і час доступу до мережі кожного з них визначається тільки положенням маркера в момент виникнення заявки на передачу.

Цей метод схожий на метод опитування (централізований), хоча явно виділеного центра тут не існує. Однак деякий центр звичайно все-таки повинний бути присутнім: один з абонентів (або спеціальний пристрій) повинний стежити, щоб маркер не втратився в процесі проходження по «кільцю» (наприклад, через дію перешкод або збою в роботі якогось абонента). У противному випадку механізм доступу працювати не буде. Отже, надійність керування в даному випадку знижується (вихід центра з ладу приводить до повної дезорганізації обміну), тому звичайно застосовуються спеціальні засоби для підвищення надійності, відновлення центра контролю за маркером.

- 50 - - 51 -

Основна перевага даного методу перед CSMA / CD полягає в тому, що тут гарантована величина часу доступу. Його величина складе (N - 1) t, де N - повне число абонентів у мережі, t _п — час проходження пакета по кільцю. При великій інтенсивності обміну в мережі (при завантаженості більш 30-40%) маркерний метод керування обміном набагато ефективніше випадкових методів. Він дозволяє мережі працювати з більшим навантаженням, що теоретично може наближатися до 100%.

Метод маркерного доступу може використовуватися не тільки в кільці (наприклад, у мережі IBM Token Ring або FDDI), але й у шині (наприклад, мережа Arcnet-BUS), і в пасивній зірці (наприклад, мережа Arcnet-STAR). У цих випадках реалізується не фізичне, а логічне «кільце», тобто всі абоненти послідовно передають один одному маркер, і цей ланцюжок передачі маркерів замкнута в кільце. При цьому сполучаються достоїнства фізичної топології «шина» і маркерного методу керування.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

Перелічить сучасні методи доступу до фізичного середовища мережі.
Що розуміють під колізією та коли вона виникає?
Що залежить від ефективності обраного методу доступу?
Які існують групи методів керування обміном в мережі та чим вони відрізняються?
Як виконується керування обміном в мережі з топологією зірка?
Як виконується керування обміном в мережі з топологією шина?
Як виконується керування обміном в мережі з топологією кільце?
Перелічить переваги та недоліки кожного з методів доступу керування в мережі?
У чому полягає суть випадкового керування обміном?
Опишіть принципи роботи метода доступу CSMA/CD.
Як виконується розпізнання колізій в мережевому адаптері?
Що розуміють під маркером в мережі з топологією кільце та як він утворюється?

Самостійна робота №8

ТЕМА: Мережеві технології Ethernet і Fast Ethernet. Використання репітерів і концентраторів

За час, що пройшов з появи перших локальних мереж, було розроблено кілька сотень різноманітних мережних технологій, однак помітне поширення одержали усього кілька мереж, що зв'язано насамперед з підтримкою цих мереж відомими фірмами і з високим рівнем стандартизації принципів їхньої організації. Далеко не завжди стандартні мережі мають рекордні характеристики, забезпечують найбільш оптимальні режими обміну, але великі обсяги випуску їхньої апаратури і, отже, її невисока вартість забезпечують їм величезні переваги. Важливо і те, що виробники програмних засобів також у першу чергу орієнтуються на найпоширеніші мережі. Тому користувач, що вибирає стандартні мережі, має повну гарантію сумісності апаратури і програм.

В даний час тенденція зменшення кількості типів використовуваних мереж усе підсилюється. Справа в тім, що збільшення швидкості передачі в локальних мережах до 100 і навіть до 1000 Мбіт/с вимагає застосування самих передових технологій, проведення серйозних і дорогих наукових досліджень. Природно, це можуть дозволити собі тільки найбільші фірми, що, звичайно ж, підтримують свої стандартні мережі і їх різновиди. До того ж більшість споживачів вже установили в себе якісь мережі і зовсім не бажає відразу і цілком заміняти все мережне устаткування на інше, нехай навіть у чомусь краще. Тому в найближчому майбутньому навряд чи варто очікувати прийняття принципово нових стандартів.

На ринку маються стандартні локальні мережі всіх можливих топологій, так що вибір у користувачів є. Стандартні мережі забезпечують великий діапазон припустимих розмірів мережі, припустиму кількість абонентів мережі і, що не менш важливо, великий діапазон цін на апаратуру. Але проблема вибору тієї або іншої мережі все рівно залишається непростою. Адже на відміну від програмних засобів, замінити які зовсім не важко, обрана апаратура звичайно служить досить довго, тому що її заміна веде не тільки до великих витрат коштів, але і до необхідності перекладки кабелів та перегляду всієї системи комп'ютерних засобів фірми. Тому помилки у виборі апаратури набагато дорожче помилок у виборі програмних засобів.

- 52 - - 53 -

Найбільше поширення серед стандартних мереж одержала мережа Ethernet. Уперше вона з'явилася в 1972 році (розроблювачем виступила відома фірма Xerox). Мережа виявилася досить удалою, і внаслідок цього її в 1980 році підтримали такі найбільші фірми, як DEC і Intel (об'єднання цих фірм, що підтримують Ethernet, назвали DIX по перших буквах їхніх назв). Стараннями цих фірм у 1985 році мережа Ethernet стала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації по стандартах: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) і ЕСМА (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт одержав назву IEEE 802.3 (по-англійському читається як «eight oh two dot three»). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу «шина» з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з уже згадуваним методом доступу CSMA / CD. Цьому стандартові задовольняють і деякі інші мережі, тому що він не дуже сильно деталізований. У результаті мережі стандарту IEEE 802.3 нерідко несумісні між собою як по конструктивним, так і по електричним характеристикам. Основні характеристики стандарту IEEE 802.3 наступні: топологія — «шина», середовище передачі - коаксіальний кабель, швидкість передачі - 10 Мбіт/с, максимальна довжина — 5 км, максимальна кількість абонентів — до 1024, довжина сегмента мережі - до 500 м, кількість абонентів на одному сегменті — до 100, метод доступу - CSMA / CD, передача вузькополосна, тобто без модуляції (моноканал).

Зауважимо, що між стандартами IEEE 802.3 і Ethernet існують невеликі відмінності, але про них звичайно воліють не згадувати.

Мережа Ethernet зараз найбільш популярна у світі (більш 70 мільйонів абонентів мережі в 1996 році, понад 100 мільйонів абонентів у 1997 році, або більш 80% ринку), і немає сумніву, що такою вона і залишиться в найближчі роки. Цьому в чималому ступені сприяло те, що із самого початку всі характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті для усіх, у результаті чого величезне число виробників в усім світі стали випускати апаратуру Ethernet, цілком сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовується 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Однак останнім часом (з початку 90-х років) усе більше поширення одержує версія Ethernet, що використовує як середовище передачі кручені пари. Визначений також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. У стандарти були внесені відповідні додавання. У 1995 році з'явився стандарт на більш швидку версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с - Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3 u, що використовує як середовище передачі кручену пару або оптоволоконний кабель. З'явилася і версія на швидкість 1000 Мбіт/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3 z).

Крім стандартної топології «шина» застосовуються також топології типу «пасивна зірка» і «пасивне дерево». При цьому передбачається використання репітерів і пасивних (репітерних) концентраторів, що з'єднують між собою різні частини (сегменти) мережі. Як сегмент може також виступати одиничний абонент. Коаксіальний кабель використовується для шинних сегментів, а кручена пари й оптоволоконный кабель — для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів). Головне - щоб в отриманій у результаті топології не було замкнутих шляхів (петель). Фактично виходить, що абоненти з'єднані у фізичну шину, тому що сигнал від кожного з них поширюється відразу в усі сторони і не повертається назад (як у кільці). Максимальна довжина кабелю всієї мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 км, але практично не перевищує 2,5 км.

У мережі Fast Ethernet не передбачена фізична топологія «шина», використовується тільки «пасивна зірка» або «пасивне дерево». До того ж у Fast Ethernet набагато більш тверді вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі і збереженні формату пакета його мінімальна довжина стає в десять разів коротше (5,12 мкс проти 51,2 мкс у Ethernet). Припустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі зменшується в 10 разів.

Для передачі інформації в мережі Ethernet застосовується стандартний код Манчестер-П. При цьому один рівень сигналу нульовий, а інший - негативний, тобто постійна складового сигналу не дорівнює нулеві. При відсутності передачі потенціал у мережі нульовий. Гальванічна розв'язка здійснюється апаратурою адаптерів, репітерів і концентраторів. При цьому приємопередавач мережі гальванично розв'язаний від іншої апаратури за допомогою трансформаторів і ізольованого джерела живлення, а з кабелем мережі з'єднаний прямо.

Доступ до мережі Ethernet здійснюється по випадковому методі CSMA / CD, що забезпечує повну рівноправність абонентів. У мережі використовуються пакети перемінної довжини. Довжина кадру Ethernet (тобто пакета без преамбули) повинна бути не менш 512 бітових інтервалів, або 51,2 мкс (саме така гранична величина подвійного часу проходження в мережі). Передбачено індивідуальну, групову і широкомовну адресацію.

Таким чином, мінімальна довжина кадру (пакета без преамбули) складає 64 байта (512 біт). Саме ця величина визначає максимально припустиму подвійну затримку поширення сигналу по мережі в 512 бітових інтервалів (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт припускає, що преамбула може зменшуватися при проходженні пакета через різні мережні пристрої, тому вона не враховується. Максимальна довжина кадру дорівнює 1518 байтам (12144 біта, тобто 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Це важливо для вибору розміру буферної пам'яті мережного устаткування і для оцінки загальної завантаженості мережі.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначає чотири основних типи середовища передачі інформації:

· 10 BASE 5 (товстий коаксіальний кабель);

· 10 BASE 2 (тонкий коаксіальний кабель);

· 10 BASE-T (кручена пари);

· 10 BASE-FL (оптоволоконний кабель).

- 54 - - 55 -

Позначення середовища передачі містить у собі три елементи: цифра «10» означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово BASE означає передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент означає припустиму довжину сегмента: «5» — 500 метрів, «2» - 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: «Т» - кручена пара (від англійського «twisted-pair»), «F» - оптоволоконний кабель (від англійського «fiber optic»).

Точно так само для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типи середовища передачі:

· 100 BASE-T 4 (зчетверена кручена пари);

· 100 BASE-TX (здвоєна кручена пари);

· 100 BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра «100» означає швидкість передачі 100 Мбіт/с, буква «Т» означає кручену пару, буква «F» — оптоволоконний кабель. Типи 100 BASE-ТХ і 100 BASE-FX іноді поєднують під ім'ям 100 BASE-X, а 100 BASE-T 4 і 100 BASE-TX - під ім'ям 100 BASE-T.

Відзначимо, що мережа Ethernet не відрізняється ні рекордними характеристиками, ні оптимальними алгоритмами, вона уступає по ряду параметрів іншим стандартним мережам. Але завдяки могутній підтримці, найвищому рівневі стандартизації, величезним обсягам випуску технічних засобів, Ethernet різко виділяється серед інших стандартних мереж, і тому будь-яку іншу мережну технологію прийнято порівнювати саме з Ethernet.