Методы управления обменом

Сеть объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет право передавать свои сообщения, разделенные на пакеты. Но по одному кабелю не может одновременно передаваться даже два пакета, произойдет коллизия, которая приведет к потере обоих пакетов. Для устранения коллизий в любой сети применяется метод управления обменом (метод доступа, метод арбитража), разрешающий или предотвращающий конфликты между абонентами. От выбранного метода зависит скорость обмена информацией и нагрузочная способность сети.

Методы управления обменом делятся на две группы.

· Централизованные методы, при которых все управление сосредоточенно в одном месте. Недостатки: неустойчивость к отказам центра, малая гибкость управления. Достоинство - отсутствие конфликтов.

· Децентрализованные методы, при которых отсутствует центр управления. Главные достоинства: высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Недостаток - возможны конфликты.

В свою очередь децентрализованные методы можно также разделить на две группы.

· Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих абонентов. В этом случае возможность конфликтов подразумевается, но предлагаются способы их разрешения. Случайные методы работают хуже, чем детерминированные, при больших информационных потоках в сети (при большом трафике сети) и не гарантируют абоненту величину времени доступа (это интервал между возникновением желания передавать и получением возможности передать свой пакет). Пример случайного метода - CSMA/CD.

· Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. При этом, как правило, конфликты полностью исключены (или маловероятны). К детерминированным методам относится, например, маркерный доступ, при котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту.

Суть централизованных методов состоит в том, что один, центральный компьютер предоставляет право передачи пакетов абонентам сети. Способ, с помощью которого центральный компьютер узнает о «желании» передать пакет конкретным абонентом, может быть различным. Либо абоненты посылают центру свои запросы на передачу, либо центр в определенной очередности опрашивает абонентов о «желании» передать. В любом случае никаких конфликтов не происходит, Если все абоненты очень активны и заявки на передачу поступают интенсивно, то все они будут передавать по очереди.

При случайном децентрализованном управлении решение о том, когда можно передавать свой пакет, принимается каждым абонентом, исходя только из анализа состояния сети. В данном случае существует конкуренция между абонентами за захват сети и, следовательно, возможны конфликты между ними и искажения передаваемых данных из-за наложения пакетов. Суть всех случайных методов управления обменом довольно проста. Пока сеть занята, то есть по ней идет передача пакета, абонент, желающий передавать, ждет освобождения сети. Ведь в противном случае неминуемо исказятся и пропадут оба пакета. После освобождения сети абонент, желающий передавать, начинает свою передачу. Если одновременно с ним начали передачу еще несколько абонентов, то возникает коллизия (конфликт, столкновение пакетов). Конфликт этот детектируется всеми абонентами, передача прекращается, и через некоторое время предпринимается повторная попытка передачи. При этом не исключены повторные коллизии и новые попытки передать свой пакет. И так продолжается до тех пор, пока пакет не будет передан без коллизий.

Существует несколько разновидностей случайных методов управления обменом. В некоторых из них каждый абонент начинает свою передачу после освобождения сети не сразу, а выдержав свою, строго индивидуальную задержку. Примером может служить ненастойчивый метод управления обменом CSMA/CD, используемый в самой популярной сети Ethernet. Протокол CSMA с настойчивостью p применяется в дискретных каналах и работает следующим образом. Когда абонент готов передать пакет, он опрашивает канал. Если канал свободен, он начинает передачу с вероятностью p. С вероятностью q = 1 – p он отказывается от передачи и ждет следующего такта. Этот процесс повторяется до тех пор, пока пакет не будет передан или какой-либо другой абонент не начнет передачу. В последнем случае абонент ведет себя так же, как в случае коллизии. Он ждет в течение случайного интервала времени, после чего начинает все снова.

Понятно, что все подобные методы будут хорошо работать только при не слишком большой интенсивности обмена по сети. Считается, что приемлемое качество связи обеспечивается только при нагрузке не выше 30-40% (то есть сеть занята не более 30-40% всего времени).

Рис. 9.7. Протокол с двоичным обратным отсчетом

Детерминированные методы используют протоколы, позволяющие абонентом «договориться» между собой о порядке использования линии и, тем самым, избежать коллизий. Примером может служить протокол с двоичным обратным отсчетом (рис. 9.7). Каждой рабочей станции назначается некоторый двоичный виртуальный адрес. В период конкуренции за канал, в каждый отсчет времени объединяются по ИЛИ соответствующие разряды виртуального адреса, начиная со старшего разряда. Если результатом является «1», то все станции, у которых в данном разряде «0» - сдаются и в дальнейшей конкуренции не участвуют. На рис. 9.4 у таких станций проставлен прочерк. Во втором отсчете времени сдалась станция 1001 и победителем стала станция с наибольшим виртуальным номером 1010. Она и осуществляет передачу пакета, после чего начнется новый цикл торгов. Для того, чтобы приоритет в предоставлении линии не зависел от номера n станции можно после каждой удачной передачи пакета, присвоить ей новый виртуальный номер 0, а приоритеты всех станций с приоритетами меньшими n сдвинуть на единицу.