Автоматизація доступу до каналів комп'ютерних мереж (стр. 10 из 16)

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.

Рис. 3.6. Протокол для шини з передачею маркера (реконфігурація мережі та відновлення маркера)

Коли новий вузол підключається до мережі, він входить до стану збою, при якому в середовище починає передаватися безперервна збійна послідовність. Перешкоди в середовищі повинні викликати втрату маркера, примушуючи таким чином усі вузли, що беруть участь у передачі маркера по логічному кільцю, почати процедуру відновлення маркера. Після збою всі вузли, включаючи і новий, переходять до стану бездіяльності.

Вузол можна збудити, коли мине час його бездіяльності або коли він одержить маркер. Час бездіяльності різний для кожного вузла і пропорційний значенню ID. Оскільки всі вузли входять до стану бездіяльності практично одночасно, вузол із меншим значенням ID збудиться першим.

Після збудження вузол переходить до стану опитування, у якому він посилає маркер наступному вузлу в логічному кільці, починаючи з вузла NID, адреса якого на одиницю більше його власного ID (названого "my" ID або MID). Після посилання маркера вузлу, адресованому поточним значенням NID, вузол, що опитує, якийсь час чекає відповіді. Якщо в мережі немає вузла з таким ID, то немає і відповіді, і вузол, що опитує, збільшує NID на 1 і знову посилає маркер. Якщо в мережі є вузол із таким ID, він повинен бути в стані бездіяльності. Прихід маркера збуджує його, і він сам починає опитування мережі. Початок опитування наступним вузлом розглядається попереднім вузлом як відгук, і він вважає, що NID встановлений і переходить до стану нормальної роботи. Таким чином, стан опитування переходить від одного вузла до іншого за напрямком зростання розміру ID.

Логічне кільце замикається, коли вузол із найбільшим ID встановлює NID, що є адресою вузла, який збудився першим (із найменшим значенням ID, наявним у мережі).

На цей момент вузол із найменшим значенням ID уже знаходиться в стані нормальної роботи. Таким чином, коли він одержує опитуючий маркер, він не продовжує опитування, а посилає маркер вузлу з попередньо встановленим NID. На цьому опитування завершується і реконфігурація кільця, або відновлення маркера, закінчується.

Схема доступу до кільцевого середовища з передачею маркера.

Основна відмінність між даною схемою і двома попередніми полягає у фізичній топології середовища. Як метод CSMA/CD, так і метод доступу до шини з передачею маркера, використовують спосіб фізичного підключення до шини, на той час як кільцева схема з передачею маркера будується на топології фізичного кільця.

Сигнали, передані вузлом мережі, заснованої на топології фізичної шини, поширюються по всьому середовищу (широкомовна передача). У топології фізичного кільця сигнали поширюються через однонаправлені двохточечні шляхи між вузлами мережі. Вузли й однонаправлені ланки з’єднуються послідовно, формуючи фізичне кільце. У шинній структурі вузли діють тільки як передавачі або приймачі. Якщо вузол видалиться з мережі із шинною структурою, наприклад, у результаті несправності, це не вплине на проходження сигналу до інших вузлів.

Деякі мережі з кільцевою топологією використовують метод естафетної передачі. Спеціальне коротке повідомлення-маркер циркулює по кільцю, поки комп’ютер не зажадає передати інформацію іншому вузлу. Він модифікує маркер, добавляє електронну адресу і дані, а потім відправляє його по кільцю. Кожен із комп’ютерів послідовно одержує даний маркер із доданою інформацією і передає його сусідній машині, поки електронна адреса не збіжиться з адресою комп’ютера-отримувача, або маркер не повернеться до відправника. Комп’ютер, що одержав повідомлення, повертає відправнику відповідь, яка підтверджує, що повідомлення прийняте. Тоді відправник створює ще один маркер і відправляє його в мережу, що дозволяє іншій станції перехопити маркер і почати передачу. Маркер циркулює по кільцю, поки якась із станцій не буде готова до передачі і не захопить його.

У кільцевій структурі при поширенні сигналу вузли відіграють активну роль. Для досягнення вузла-отримувача сигнали, породжені портом вузла-відправника, повинні бути передані всіма вузлами, розміщеними по кільцю між вузлами відправника і отримувача. Відзначимо, що, як показано на рис. 3.7, у кожному вузлі сигнали передаються усередині самого вузла від прийомного порту до передаючого порту. Під час цієї передачі вузли можуть аналізувати і модифікувати вхідні сигнали.

Рис. 3.7. Структура фізичного кільця

Перевага такого рішення полягає в тому, що сигнали під час передачі можуть підсилюватися, і, отже, максимальна довжина фізичного кільця не обмежується внаслідок ослаблення сигналу в середовищі. Однак ушкодження окремого вузла або кабельного сегмента фізичного кільця призводить до руйнації шляху проходження сигналів, і вся мережа виходить із ладу. Ця проблема кільцевих мереж із передачею маркера вирішується шляхом використання змішаної зірково-кільцевої топології (рис. 3.8).

Це рішення вимагає використання ведучих концентраторів, що можна легко (можливо, автоматично) переключити для обходження ушкоджених вузлів. Проста зміна внутрішньої конфігурації ведучого концентратора призводить до роз’єднання вузла C із мережею і зберігання кільцевого зв’язку для інших вузлів.