Методы управления обменом
Сеть всегда объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет право передавать свои пакеты. Но, как уже отмечалось, по одному кабелю одновременно передавать два (или более) пакета нельзя, иначе может возникнуть конфликт (коллизия) который приведет к искажению либо потере обоих пакетов (или всех пакетов, участвующих в конфликте). Значит, надо каким-то образом установить очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими передавать. Это относится, прежде всего, к сетям с топологиями шина и кольцо. Точно так же при топологии звезда необходимо установить очередность передачи пакетов периферийными абонентами, иначе центральный абонент просто не сможет справиться с их обработкой.
В сети обязательно применяется тот или иной метод управления обменом (метод доступа, метод арбитража), разрешающий или предотвращающий конфликты между абонентами. От эффективности работы выбранного метода управления обменом зависит очень многое: скорость обмена информацией между компьютерами, нагрузочная способность сети (способность работать с различными интенсивностями обмена), время реакции сети на внешние события и т. д. Метод управления - это один из важнейших параметров сети.
Тип метода управления обменом во многом определяется особенностями топологии сети. Но в то же время он не привязан жестко к топологии, как нередко принято считать.
Методы управления обменом в локальных сетях делятся на две группы:
Централизованные методы, в которых все управление обменом сосредоточено в одном месте. Недостатки таких методов: неустойчивость к отказам центра, малая гибкость управления (центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети). Достоинство централизованных методов - отсутствие конфликтов, так как центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту, и ему не с кем конфликтовать.
Децентрализованные методы, в которых отсутствует центр управления. Всеми вопросами управления, в том числе предотвращением, обнаружением и разрешением конфликтов, занимаются все абоненты сети. Главные достоинства децентрализованных методов: высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Однако в данном случае возможны конфликты, которые надо разрешать.
Существует и другое деление методов управления обменом, относящееся, главным образом, к децентрализованным методам:
Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. Абоненты имеют определенную систему приоритетов, причем приоритеты эти различны для всех абонентов. При этом, как правило, конфликты полностью исключены (или маловероятны), но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди на передачу слишком долго. К детерминированным методам относится, например, маркерный доступ (сети Token-Ring, FDDI), при котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту.
Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих абонентов. При этом возможность конфликтов подразумевается, но предлагаются способы их разрешения. Случайные методы значительно хуже, чем детерминированные, работают при больших информационных потоках в сети (при большом трафике сети) и не гарантируют абоненту величину времени доступа. В то же время они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена. Пример случайного метода - CSMA/CD (сеть Ethernet, Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection - метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий).
Для трех основных топологий характерны три наиболее типичных метода управления обменом.
Управление обменом в сети с топологией звезда
Для топологии звезда лучше всего подходит централизованный метод управления.
![централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда](/images/image001-1649.png)
Рис. 1. Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
Управление обменом в сети с топологией шина
При топологии шина также возможно централизованное управление.
![централизованное управление в сети с топологией шина](/images/image002-1469.png)
Рис. 2. Централизованное управление в сети с топологией шина
Суть всех случайных методов управления обменом довольно проста.
Если сеть свободна (то есть никто не передает своих пакетов), то абонент, желающий передавать, сразу начинает свою передачу. Время доступа в этом случае равно нулю.
Если же в момент возникновения у абонента заявки на передачу сеть занята, то абонент, желающий передавать, ждет освобождения сети. В противном случае исказятся и пропадут оба пакета. После освобождения сети абонент, желающий передавать, начинает свою передачу.
![коллизии в случае начала передачи при свободной сети](/images/image003-1315.png)
Рис. 3. Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
![коллизии в случае начала передачи после освобождения сети](/images/image004-1161.png)
Рис. 4. Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Чаще всего система приоритетов в методе управления обменом в шине отсутствует полностью. Именно так работает наиболее распространенный стандартный метод управления обменом CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), используемый в сети Ethernet. Его главное достоинство в том, что все абоненты полностью равноправны, и ни один из них не может надолго заблокировать обмен другому (как в случае наличия приоритетов). В этом методе коллизии не предотвращаются, а разрешаются.
Суть метода состоит в том, что абонент начинает передавать сразу, как только он выяснит, что сеть свободна. Если возникают коллизии, то они обнаруживаются всеми передающими абонентами. После чего все абоненты прекращают свою передачу и возобновляют попытку начать новую передачу пакета через временной интервал, длительность которого выбирается случайным образом. Поэтому повторные коллизии маловероятны. Подробнее метод CSMA/CD будет рассмотрен в другой лекции.
При любом случайном методе управления обменом, использующем детектирование коллизии (в частности, при CSMA/CD), возникает вопрос о том, какой должна быть минимальная длительность пакета, чтобы коллизию обнаружили все начавшие передавать абоненты. Ведь сигнал по любой физической среде распространяется не мгновенно, и при больших размерах сети (диаметре сети) задержка распространения может составлять десятки и сотни микросекунд. Кроме того, информацию об одновременно происходящих событиях разные абоненты получают не в одно время. С тем чтобы рассчитать минимальную длительность пакета, следует обратиться к Рис. 5.
![расчет минимальной длительности пакета](/images/image005-1113.png)
Рис. 5. Расчет минимальной длительности пакета
Пусть L - полная длина сети, V - скорость распространения сигнала в используемом кабеле. Допустим, абонент 1 закончил свою передачу, а абоненты 2 и 3 захотели передавать во время передачи абонента 1 и ждали освобождения сети.
![кодирование сигнала с использованием манчестерского кода](/images/image006-389.jpg)
Рис. 6. Кодирование сигнала с использованием манчестерского кода
![определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода](/images/image007-939.png)
Рис. 7. Определение факта коллизии в шине
При использовании манчестерского кода
Задача обнаружения коллизии существенно упрощается, если используется не истинная шина, а равноценная ей пассивная звезда (Рис. 8).
![обнаружение коллизии в сети пассивная звезда](/images/image008-862.png)
Рис. 8. Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
Управление обменом в сети с топологией кольцо
Кольцевая топология имеет свои особенности при выборе метода управления обменом. В этом случае важно то, что любой пакет, посланный по кольцу, последовательно пройдя всех абонентов, через некоторое время возвратится в ту же точку, к тому же абоненту, который его передавал (так как топология замкнутая). Здесь нет одновременного распространения сигнала в две стороны, как в топологии шина. Как уже отмечалось, сети с топологией кольцо бывают однонаправленными и двунаправленными. Наиболее распространены однонаправленные.
Работа маркерного метода управления в сети с топологией кольцо представлена на Рис. 9.
![маркерный метод управления обменом (см--свободный маркер, зм-- занятый маркер, мп-- занятый маркер с подтверждением, пд--пакет данных)](/images/image009-799.png)
Рис. 9. Маркерный метод управления обменом
(СМ--свободный маркер, ЗМ-- занятый маркер,
МП-- занятый маркер с подтверждением, ПД--пакет данных)
Метод маркерного доступа используется не только в кольце (например, в сети IBM Token Ring или FDDI), но и в шине (в частности, сеть Arcnet-BUS), а также в пассивной звезде (к примеру, сеть Arcnet-STAR). В этих случаях реализуется не физическое, а логическое кольцо, то есть все абоненты последовательно передают друг другу маркер, и эта цепочка передачи маркеров замкнута в кольцо (Рис. 10). При этом совмещаются достоинства физической топологии шина и маркерного метода управления.
![применение маркерного метода управления в шине](/images/image010-746.png)
Рис. 10. Применение маркерного метода управления в шине
Модель OSI
В сети производится множество операций, обеспечивающих передачу данных от компьютера к компьютеру. Пользователя не интересует, как именно это происходит, ему необходим доступ к приложению или компьютерному ресурсу, расположенному в другом компьютере сети. В действительности же вся передаваемая информация проходит много этапов обработки.
Прежде всего, она разбивается на блоки, каждый из которых снабжается управляющей информацией. Полученные блоки оформляются в виде сетевых пакетов, потом эти пакеты кодируются, передаются с помощью электрических или световых сигналов по сети в соответствии с выбранным методом доступа, затем из принятых пакетов вновь восстанавливаются заключенные в них блоки данных, блоки соединяются в данные, которые и становятся доступны другому приложению. Это, конечно, упрощенное описание происходящих процессов.
Часть из указанных процедур реализуется только программно, другая часть - аппаратно, а какие-то операции могут выполняться как программами, так и аппаратурой.
Упорядочить все выполняемые процедуры, разделить их на уровни и подуровни, взаимодействующие между собой, как раз и призваны модели сетей. Эти модели позволяют правильно организовать взаимодействие как абонентам внутри одной сети, так и самым разным сетям на различных уровнях. В настоящее время наибольшее распространение получила так называемая эталонная модель обмена информацией открытой системы OSI (Open System Interchange). Под термином "открытая система" понимается не замкнутая в себе система, имеющая возможность взаимодействия с какими-то другими системами (в отличие от закрытой системы).
Эталонная модель OSI
Модель OSI была предложена Международной организацией стандартов ISO (International Standards Organization) в 1984 году. С тех пор ее используют (более или менее строго) все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна, и не слишком гибка. Поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые различными фирмами, не обязательно придерживаются принятого разделения функций. Однако знакомство с моделью OSI позволяет лучше понять, что же происходит в сети.
![семь уровней модели osi](/images/image011-730.png)
Рис. 11. Семь уровней модели OSI
Все сетевые функции в модели разделены на 7 уровней (Рис. 11). При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня - предоставление услуг вышестоящему уровню, причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящие уровни выполняют более простые и конкретные функции. В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний - непосредственной передаче сигналов по каналу связи.
![путь информации от абонента к абоненту](/images/image012-666.png)
Рис. 12. Путь информации от абонента к абоненту
![включение промежуточных устройств между абонентами сети](/images/image013-635.png)
Рис. 13. Включение промежуточных устройств между абонентами сети
Рассмотрим подробнее функции разных уровней.
![подуровни llc и mac канального уровня](/images/image014-614.png)
Рис. 14. Подуровни LLC и MAC канального уровня
Помимо модели OSI существует также модель IEEE Project 802, принятая в феврале 1980 года (отсюда и число 802 в названии), которую можно рассматривать как модификацию, развитие, уточнение модели OSI. Стандарты, определяемые этой моделью (так называемые 802-спецификации) относятся к нижним двум уровням модели OSI и делятся на двенадцать категорий, каждой из которых присвоен свой номер:
ЛИТЕРАТУРА
- 1. Мэйволд Э. Безопасность сетей. - М.: ЭКОМ, 2005. 2. Мельников В. П., Клейменов С. А., Петраков А. М. Информационная безопасность и защита информации. - Издательство: Академия, 2006. 3. Мельников В. Безопасность информации в автоматизированных системах. - М: Финансы и статистика, 2003. 4. Завгородский В. И. Комплексная защита информации в компьютерных системах. - Издательство: Логос, 2001. 5. Романец Ю. В., Тимофеев П. А., Шаньгин В. Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. - М: "Радио и связь", 2001.
Похожие статьи
-
Перегрузка является проблемой неэффективного совместного использования разделяемых ресурсов. В сети ресурсы распределены между всеми узлами,...
-
Методы с разнесенным измерением - Бездатчиковое управление электроприводом
Метод тестовых импульсов - в одну или несколько неработающих фаз подаются импульсы с известным напряжением. При этом контролируется либо амплитуда...
-
Используя цифровой регулятор, построенный методом переменных коэффициентов время переходного процесса составляет tПп ? 5,9 сек. при установлении...
-
Протокол управления передачей (ТСР) - Интернет, его строение и значение
Для решения упомянутых выше проблем используется "протокол управления передачей" (Transmission Control Protocol, TCP), который часто упоминают вместе с...
-
В состав лабораторной установки входят: - аналоговая вычислительная машина МН-10, на лицевой панели которой набрана электронная модель следящей системы;...
-
Общие принципы Управление потоками в коммуникационных сетях обозначает регулировку скорости отправки данных в сеть с целью достижения максимального...
-
Модель SCOR является инструментом для измерения эффективности функционирования и перестройки цепей поставок, а также для тестирования и планирования...
-
Принципы разработки и исследования любой сложной системы предполагают расчленение ее на части меньшего объема и сложности, которые можно исследовать по...
-
Замена полуоси Трудоемкость - 34,0 чел. мин (0,57 чел. час) Исполнитель - слесарь по ремонту автомобилей 4 разряда № выполняемых работ Наименование и...
-
Отчет должен содержать: - структурные схемы и передаточные функции некорректированной и скорректированной автоматической системы, составленные на...
-
Увеличение точности систем автоматического управления за счет повышения общего коэффициента усиления разомкнутой системы (или добротности) возможно при...
-
Синтез настроек регуляторов в системах автоматического управления методом расширенных частотных характеристик Цель работы: рассчитать оптимальные...
-
На IBM PC наиболее популярны редакторы Cool Edit Pro (Syntrillium) Sound Forge (Sonic Foundry), WaveLab (Steinberg) и системы многодорожечной записи SAW...
-
Аппаратная часть это физическая инфраструктура, посредством которой осуществляется распространение физических сигналов кодирующих информационные...
-
Предмет исследования Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса в настоящее время являются коммуникационные системы, представляющие...
-
Для начала следует дать определение понятиям "стратегия" и "логистическая стратегия". Итак, стратегией называется совокупность правил, определяющих...
-
Традиционная методология: системы массового обслуживания Традиционной методологией применяемой для изучения процессов происходящих в территориально...
-
Система управления преобразовательным устройством предназначена для формирования и генерирования управляющих импульсов определенной формы и длительности,...
-
Принимающей системе необходимо определить, какой из протоколов Сетевого уровня должен получить входящие данные. В пакетах 802.3 в рамках PDU LLC...
-
Классификация основных способов и методов (обеззараживания) воды приведена на Рисунке 1. Рисунок 1 Классификация основных способов и методов...
-
Без способности БС к накоплению пакетов задача установления соединений свелась бы к двум действиям - послать запрос на соединение - дождаться...
-
П/п Показатель Порядок расчета 1 Потребность, шт - 2 Оптимальный размер заказа, шт - 3 Время поставки, дни - 4 Возможная задержка в поставках, дни - 5...
-
Для того, что бы определить среду исполнения протокола TCP или его предложенной модификации ARTCP необходимо рассмотреть принципы функционирования...
-
Протокол IP является единственным протоколом сетевого уровня семейства TCP/IP, поэтому все транспортные протоколы стека TCP/IP используют сервисы...
-
Задачей сетевого уровня является управление работой базовой подсети. Важнейшая проблема - рассчитать путь от точки отправления то получателя. Такой...
-
Данный механизм разработан в докторской диссертации В. К. Тумей [22] и в него входит не только спецификация транспортного протокола, но и целая система...
-
Метод временного мультиплексирования (TDM) Суть TDM: процесс передачи разбивается на ряд временных циклов, каждый из которых в свою очередь разбивается...
-
Выбор системы методом иерархий - Корпоративная система связи с использованием сетевой телефонии
Из всего множества систем выбираем 4 тех, которые имеют оптимальное соотношение между функциональными возможностями и стоимостью. Пусть, в результате...
-
Признаки поломок рулевого управления - Технология ремонта рулевого управления
Технология ремонта рулевого управления. Какие же существуют основные признаки поломок, при которых необходим ремонт рулевого управления автомобиля. Во...
-
Сравнительно простой, он связан с большой трудоемкостью расчетно-графических операций, поэтому он эффективен при небольшом числе светофорных объектов....
-
Наземный комплекс управления системы ГЛОНАСС - Спутниковые навигационные приемники
Управление орбитальной группировкой ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления (НКУ). Он включает в себя Центр управления системой (ЦУС) (г....
-
Метод обратного преобразования - Структурные методы повышения точности средств измерения
Этот метод применяется при автоматической коррекции погрешности средств измерений. Для реализации этого метода используется обратный преобразователь,...
-
В основе развития этого класса методов лежит утверждение, что анализ речи, основанный на модели слуха человека, будет более успешным, чем анализ,...
-
Каждый из нижележащих уровней осуществляет управление скоростью передачи данных. Физический уровень ответственен за синхронизацию записи и сканирования...
-
Текущий ремонт автогрейдера, Методы ремонта автогрейдера - Руководство по эксплуатации автогрейдера
Текущий ремонт представляет собой минимальный по объему вид ремонта, в резуль-тате проведения которого обеспечивается работоспособность автогрейдера до...
-
Электропривод ротор бездатчиковый управление Одной из главных задач в современных системах управления СМ является корректный пуск системы. Для этого...
-
В данной курсовой работе требуется разработать микропроцессорную систему управления объектом. Микропроцессорная система принимает информацию об объекте...
-
Структуры алгоритмов бездатчикового управления - Бездатчиковое управление электроприводом
Как было сказано выше, алгоритм бездатчикового управления ВД разбивается на три подзадачи: определение начального положения ротора двигателя, разгон...
-
На сегодняшний день охранная сигнализация является обязательным атрибутом для всех автомобилей. Поэтому интерес к таким системам постоянно возрастает....
-
Планирование грузовых перевозок подразделяется на перспективное, текущее и оперативное планирование. Перспективное (стратегическое) планирование включает...
Методы управления обменом