Система с контролем несущей (с коллизиями)

Системы с контролем несущей (с коллизиями) широко используются в локальных вычислительных сетях.

В сети с контролем несущей все станции считаются равноправными.

Прежде чем начать передачу, требуется, чтобы станции «прослушали» канал и определили, является ли канал активным (т.е. ведет ли какая-либо другая станция передачу данных по каналу).

Если канал находится в состоянии покоя, любая станция, имеющая данные для передачи, может послать свой кадр в канал.

Если канал занят, станции должны ждать завершения передачи сигнала.

На рис. 2.14 показана сеть с контролем несущей (с коллизией).

Станции А, В, С и D, подключены к шине или каналу (с горизонтальной топологией. Предположим, что станции А и В должны передать данные; однако в это время канал использует станция D, поэтому станции А и В «слушают» и ждут окончания передачи кадра из станции D.

Как только линия переходит в состояние покоя (рис. 2.14,б), станции А и В пытаются захватить канал.

В сетях с контролем несущей предусмотрено несколько методов захвата канала.

Одним из методов является метод «ненастойчивого» контроля несущей, обеспечивающего всем станциям возможность начинать передачу немедленно после того, как обнаруживается, что канал свободен. В случае если канал занят, станции выжидают случайный период времени перед тем, как снова проверить состояние канала.

Другим методом, который используется в системах с квантованием времени, является метод «р-настойчивого» контроля несущей; он предусматривает для каждой станции некоторый алгоритм ожидания (р означает вероятность).

Будем считать, что станция А на рис. 2.14,в захватывает канал до того, как станция В имеет возможность закончить свое ожидание в течение случайно выбранного времени.

По истечении этого времени В «прослушивает» канал. Так как требуется некоторое время, чтобы данные, передаваемые станцией А, достигли станции В, станция В может и не знать, что в канале распространяется сигнал. В этой ситуации канал В может передать свой кадр. Эта проблема называется окном коллизии.

Окно коллизии – это задержка распространения сигнала между двумя конкурирующими станциями.

Коллизия – наложение сигналов двух одновременно передающих станций.

Сети с контролем несущей реализуются в классе локальных сетей, потому что окно коллизии увеличивается по мере увеличения длины канала. В протяженном канале возникает больше коллизий и уменьшается пропускная способность сети. Большая задержка распространения (большая задержка до того времени, когда некоторая станция узнает о том, что другая станция ведет передачу) вызывает большую вероятность коллизий.

В случае коллизий станции имеют возможность определить искаженные данные, т.к. каждая станция способна одновременно вести передачу и «слушать». Когда происходит наложение двух сигналов, в уровне напряжения в канале возникают аномалии, которые обнаруживаются станциями, участвующими в коллизии. Эти станции прекращают передачу и после случайного времени ожидания пытаются снова захватить канал.

Случайность времени ожидания является определенной гарантией того, что коллизия не повториться, так как маловероятно, что в конкурирующих станциях будет сгенерировано одинаковое случайное время ожидания.

Маркерное кольцо.

Метод иллюстрируется на рис. 2.16.

Станции подключаются к кольцу с помощью кольцевого интерфейсного устройства (КИУ).

Каждое КИУ отвечает:

- за контроль данных, проходящих через него,

- за функции усиления-формирования сигнала (регенерацию сообщения),

- передачу его следующей станции.

Если кольцо находится в состоянии покоя (то есть кольцо не занимают никакие данные пользователя), «свободный» маркер передается по кольцу от узла к узлу.

Маркер используется для управления использованием кольца с помощью индикации «свободен» или «занят».

Наличие занятого маркера является признаком того, что некоторая станция захватила кольцо и передает данные.

Свободный маркер означает, что кольцо свободно и что любая станция, имеющая данные для передачи, может использовать маркер для передачи данных.

Управление кольцом последовательно передается по кольцу от узла к узлу. Этот метод реализуется в системах с явным маркером, называемый так потому, что любой станции разрешено передавать данные, когда она получает свободный маркер.

В то время, когда станция владеет маркером, она контролирует сеть. Захватив маркер (т.е. пометив его признаком «занят»), передающая станция (станция А на рис. 2.16) помещает данные вслед за маркером и передает эти данные в кольцо.

Функции КИУ заключаются в регенерации сигнала, проверке адреса в заголовке данных и передаче данных следующей станции.

Если адрес заголовка сообщения показывает, что данные предназначены данной станции, КИУ копирует данные и передает информацию своему устройству ООД.

В конце концов данные будут получены станцией-отправителем. Эта станция помечает маркер признаком «свободен» и передать его следующей станции в кольце.

Это требование предотвращает монополизацию всего кольца одной станцией. Если маркер обходит кольцо и его не использует ни одна станция, то эта станция (отправитель) может опять захватить маркер и передать данные.

Маркерная шина.

Системы, основанные на маркерной шине, обеспечивают доступ к каналу таким образом, как если бы он был физическим кольцом.

Пример такой системы представлен на рис. 2.17. Необходимо помнить, что маркерная шина не требует физического упорядочения станций, подключенных к шине. С помощью механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок передачи маркера.

Протокол использует управляющий кадр, называемый правом доступа или маркера доступа. Этот маркер предоставляет шину в исключительное распоряжение станции. Станция, удерживающая маркер, использует шину в течение периода времени, необходимого для посылки и приема данных (или даже для опроса других станций) а затем передает маркер определенной станции.

В шинной топологии все станции «слушают» канал и могут получить маркер доступа, но единственная станция, которая имеет возможность захватить канал, - это станция, которая указана в маркере доступа. Все другие станции ждут своей очереди, чтобы получить маркер.

Станции получают маркер в циклической последовательности, что и образует логическое кольцо в физической шине. Этот вид передачи маркера называется явной маркерной системой, поскольку топология требует упорядочения использования канала станциями.

Тема 2.8. Приоритетные системы.

Равноранговые приоритетные системы представлены на рис. 2.6 и подразделяются:

- приоритетный слотовый,

- контроль несущей (без коллизий),

- передача маркера (с приоритетами).

Системы с контролем несущей (без коллизий).

Системы без коллизий реализуются с помощью дополнительного устройства, называемого таймером или арбитром.

Таймер определяет, когда станция может вести передачу без опасности коллизий.

Временные параметры определяются для каждой станции; главная станция для управления канала не предусмотрена.

Каждый порт имеет предварительно установленный временной порог. После того как этот временной порог пройден, порт на основании некоторого временного параметра определяет, когда можно вести передачу.

Значения времени устанавливаются на приоритетной основе, причем у порта с наивысшим приоритетом переполнение таймера наступает раньше всего.

Если этот порт не намерен вести передачу, канал будет находиться в состоянии покоя.

Станция со следующим по величине приоритетом обнаруживает, что канал свободен. Ее таймер показывает, что лимит времени, когда может вестись передача, не исчерпан, поэтому она может захватить канал.

Станции с высоким приоритетом в случае, если они не ведут передачу, переводят канал в состояние покоя, что позволяет станциям с более низким приоритетом использовать его.

Сеть без коллизий использует арбитра, чтобы дать возможность станции со следующим по величине приоритетом в канале захватить время покоя, если у нее есть данные, которые необходимо передать.

Системы с передачей маркера (приоритетные).

Улучшенная схема передачи маркера предполагает дополнительное использование приоритетов в маркерной сети, как правило, маркерном кольце.

Каждой системе, подключаемой к маркерной сети, приписывается некоторый приоритет.

Назначение приоритетной схемы с передачей маркера состоит в том, чтобы дать каждой станции возможность зарезервировать использование кольца для следующей передачи по кольцу.

Когда маркер и данные распространяются по кольцу, каждый узел анализирует маркер, который содержит поле резервирования. Если собственный приоритет узла выше, чем значение приоритета в поле резервирования, он увеличивает значение поля резервирования до своего уровня, тем самым резервируя маркер на последующие циклы.

Если какой-то узел не увеличит еще больше значение поля резервирования (станция с наивысшим приоритетом), этой станции разрешается использовать маркер и канал во время следующей передачи по кольцу.

Станция, захватывающая маркер, запоминает предыдущее значение поля резервирования маркера в области своей временной памяти. После «высвобождения» маркера, когда он завершит полный оборот по кольцу, станция восстанавливает предыдущий запрос к сети, имеющий более низкий приоритет.

Таким образом, как только маркер в следующем цикле делается свободным, станции с наивысшим значением резервирования разрешается его захватить.