Управління обміном в мережі|сіті| з|із| топологією шина

При топології шина також можливо централізоване управління. При цьому один з абонентів ("центральний") посилає по шині всім останнім ("периферійним") запити (пакети, що управляють), з'ясовувавши, хто з них хоче передати, потім дозволяє передачу одному з абонентів. Абонент, що отримав право на передачу, по тій же шині передає свій інформаційний пакет тому абонентові, якому хоче. А після закінчення передачі абонент, що передавав, все по тій же шині повідомляє "центр", що він закінчив передачу (пакетом, що управляє), і "центр" знову зачинає опит (рис. 4.9).

Мал. 4.9. Централізоване управління в мережі з топологією шина

Переваги і недоліки|нестачі| такого управління – ті ж самі, що і в разі|у разі| централізованої керованої зірки. Єдина відзнака|відмінність| полягає в тому, що центр тут не пересилає інформацію від одного абонента до іншого, як в топології активна зірка, а тільки|лише| управляє обміном.

Набагато частіше в шині використовується децентрализованное випадкове управління, оскільки мережеві адаптери всіх абонентів в даному випадку однакові, і саме цей метод найорганічніше личить шині. При виборі децентрализованного управління всі абоненти мають рівні права доступу до мережі, тобто особливості топології збігаються з особливостями методу управління. Рішення про те, коли можна передавати свій пакет, ухвалюється кожним абонентом на місці, виходячи тільки з аналізу стану мережі. В даному випадку виникає конкуренція між абонентами за захоплення мережі, і, отже, можливі конфлікти між ними і спотворення передаваної інформації із-за накладення пакетів.

Існує безліч алгоритмів доступу або, як ще говорять, сценаріїв доступу, деколи|почасти| дуже складних. Їх вибір залежить від швидкості передачі в мережі|сіті|, довжини шини, завантаженості мережі|сіті| (інтенсивності обміну або трафіку мережі|сіті|), використовуваної коди передачі.

Інколи|іноді| для управління доступом до шини застосовується додаткова лінія зв'язку, що дозволяє спростити апаратуру контроллерів і методи доступу, але|та| помітно збільшує вартість мережі|сіті| за рахунок подвоєння довжини кабелю і кількості приймачів|прийомопередавачів|. Тому дане рішення|вирішення| не набуло широкого поширення.

Суть всіх випадкових методів управління обміном досить проста.

Якщо мережа вільна (тобто ніхто не передає своїх пакетів), то абонент, що бажає передавати, відразу зачинає свою передачу. Час доступу в цьому випадку дорівнює нулю.

Якщо ж у момент виникнення у абонента заявки на передачу мережа зайнята, то абонент, що бажає передавати, чекає звільнення мережі. Інакше спотворяться і пропадуть обидва пакети. Після звільнення мережі абонент, що бажає передавати, зачинає свою передачу.

Виникнення конфліктних ситуацій (зіткнень пакетів, колізій), в результаті яких передавана інформація спотворюється, можливо в двох випадках.

• При одночасному початку передачі двома або більш абонентами, коли мережа вільна (рис. 4.10). Це ситуація досить рідка, але все-таки цілком можлива.
• При одночасному початку передачі двома або більш абонентами відразу після звільнення мережі (рис. 4.11). Це ситуація найбільш типова, оскільки за час передачі пакету одним абонентом цілком може виникнути декілька нових заявок на передачу у інших абонентів.

Існуючі випадкові методи управління обміном (арбітражу) розрізняються тим, як вони запобігають можливим конфліктам або ж вирішують ті, що вже виникли. Жоден конфлікт не повинен порушувати обмін, всі абоненти повинні, врешті-решт, передати свої пакети.

В процесі розвитку локальних мереж було розроблено декілька різновидів випадкових методів управління обміном.

Мал. 4.10. Колізії в разі початку передачі при вільній мережі

Мал. 4.11. Колізії в разі початку передачі після звільнення мережі

Наприклад, був запропонований метод, при якому не всі передавальні абоненти розпізнають колізію, а тільки ті, які мають менші пріоритети. Абонент з максимальним пріоритетом зі всіх, що зачали передачу, закінчить передачу свого пакету без помилок. Останні, виявивши колізію, припинять свою передачу і чекатимуть звільнення мережі для нової спроби. Для контролю колізії кожен передавальний абонент проводить побитное порівняння передаваною їм в мережу інформації і даних, присутніх в мережі. Перемагає той абонент, заголовок пакету якого довше за інших не спотворюється від колізії. Цей метод, званий децентрализованным кодовим пріоритетним методом, відрізняється низькою швидкодією і складністю реалізації.

При іншому методі управління обміном кожен абонент зачинає свою передачу після звільнення мережі не відразу, а, витримавши свою, строго індивідуальну затримку, що запобігає колізіям після звільнення мережі і тим самим зводить до мінімуму спільну кількість колізій. Максимальним пріоритетом в цьому випадку володітиме абонент з мінімальною затримкою. Зіткнення пакетів можливі тільки тоді, коли два і більш за абонентів захотіли передавати одночасно при вільній мережі. Цей метод, званий децентрализованным тимчасовим пріоритетним методом, добре працює тільки в невеликих мережах, оскільки кожному абонентові потрібно забезпечити свою індивідуальну затримку.

У обох випадках є система пріоритетів, все ж дані методи відносяться до випадкових, оскільки результат конкуренції неможливо передбачити. Випадкові пріоритетні методи ставлять абонентів в нерівні умови при великій інтенсивності обміну по мережі, оскільки високопріоритетні абоненти можуть надовго заблокувати мережу для низькопріоритетних абонентів.

Найчастіше система пріоритетів в методі управління обміном в шині відсутня повністю|цілком|. Саме так працює найбільш поширений стандартний метод управління обміном CSMA/CD (Carrier| Sense| Multiple| Access| with| Collision| Detection| – множинний|численний| доступ з|із| контролем тієї, що несе і виявленням колізій), використовуваний в мережі|сіті| Ethernet|. Його головне достоїнство в тому, що всі абоненти повністю|цілком| рівноправні|, і жоден з них не може надовго заблокувати обмін іншому (як в разі|у разі| наявності пріоритетів). У цьому методі колізії не запобігають, а вирішуються.

Суть методу полягає в тому, що абонент зачинає передавати відразу, як тільки він з'ясує, що мережа вільна. Якщо виникають колізії, то вони виявляються всіма передавальними абонентами. Після чого всі абоненти припиняють свою передачу і відновлюють спробу зачати нову передачу пакету через часовий інтервал, тривалість якого вибирається випадковим чином. Тому повторні колізії маловірогідні. Докладніше метод CSMA/CD розгледить в розділі 7.

Ще один поширений метод випадкового доступу – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – множинний доступ з контролем тієї, що несе і уникненням колізій) що застосовується, наприклад, в мережі Apple LocalTalk. Абонент, що бажає передавати і що виявив звільнення мережі, передає спочатку короткий пакет запиту, що управляє, на передачу. Потім він заданий час чекає у відповідь короткого пакету підтвердження запиту, що управляє, від абонента-приймача. Якщо відповіді немає, передача відкладається. Якщо відповідь отримана, передається пакет. Колізії повністю не усуваються, але в основному стикаються пакети, що управляють. Зіткнення інформаційних пакетів виявляються на вищих рівнях протоколу.

Подібні методи добре працюватимуть тільки|лише| при не дуже|занадто| великій інтенсивності обміну по мережі|сіті|. Вважається|лічить|, що прийнятна|допустима| якість зв'язку забезпечується при навантаженні не вище 30—40% (тобто|цебто| коли мережа|сіть| зайнята|позичати| передачею інформації приблизно на 30—40% всього часі). При більшому навантаженні повторні зіткнення|сутички| частішають настільки, що настає|наступає| так званий колапс або крах мережі|сіті|, що є різким падінням її продуктивності.

Недолік всіх випадкових методів полягає ще і в тому, що вони не гарантують величину часу доступу до мережі, яка залежить не лише від вибору затримки між спробами передачі, але і від спільної завантаженості мережі. Тому, наприклад, в мережах, що виконують завдання управління устаткуванням (на виробництві, в наукових лабораторіях), де потрібна швидка реакція на зовнішні події, мережі з випадковими методами управління використовуються досить рідко.

При будь-якому випадковому методі управління обміном, що використовує детектування колізії (зокрема, при CSMA/CD), виникає питання про те, якою має бути мінімальна тривалість пакету, щоб колізію виявили ті, що всі зачали передавати абоненти. Адже сигнал по будь-якій фізичній середі розповсюджується не миттєво, і при великих розмірах мережі (діаметрі мережі) затримка розповсюдження може складати десятки і сотні мікросекунд. Крім того, інформацію про події, що одночасно відбуваються, різні абоненти отримують не в один час. З тим щоб розрахувати мінімальну тривалість пакету, слід звернутися до .рис. 4.12

Мал. 4.12. Розрахунок мінімальної тривалості пакету

Хай L – повна довжина мережі, V – швидкість розповсюдження сигналу у використовуваному кабелі. Допустимо, абонент 1 закінчив свою передачу, а абоненти 2 і 3 захотіли передавати під час передачі абонента 1 і чекали звільнення мережі.

Після звільнення мережі абонент 2 зачне передавати відразу ж, оскільки він розташований поряд з абонентом 1. Абонент 3 після звільнення мережі дізнається про цю подію і зачне свою передачу через часовий інтервал проходження сигналу по всій довжині мережі, тобто через час L/V. При цьому пакет від абонента 3 дійде до абонента 2 ще через часовий інтервал L/V після початку передачі абонентом 3 (зворотний шлях сигналу). До цього моменту передача пакету абонентом 2 не повинна закінчитися, інакше абонент 2 так і не дізнається про зіткнення пакетів (про колізію), внаслідок чого буде переданий неправильний пакет.

Виходить, що мінімально допустима тривалість пакету в мережі повинна складати 2L/V, тобто дорівнювати подвоєному часу розповсюдження сигналу по повній довжині мережі (або по шляху найбільшої довжини в мережі). Цей час називається подвійним або круговим часом затримки сигналу в мережі або PDV (Path Delay Value). Цей же часовий інтервал можна розглядувати як універсальну міру одночасності будь-яких подій в мережі.

Стандартом на мережу задається якраз величина PDV, що визначає мінімальну довжину пакету, і з неї вже розраховується допустима довжина мережі. Річ у тому, що швидкість розповсюдження сигналу в мережі для різних кабелів відрізняється. Крім того, треба ще враховувати затримки сигналу в різних мережевих пристроях. Розрахункам допустимих конфігурацій мережі Ethernet присвячений розділ 10.

Окремо слід зупинитися на тому, як мережеві адаптери розпізнають колізію в кабелі шини, тобто зіткнення пакетів. Адже просте побитное порівняння передаваної абонентом інформації з тією, яка реально присутня в мережі, можливо тільки в разі найпростішої коди NRZ, використовуваної досить рідко. При застосуванні манчестерської коди, яка зазвичай мається на увазі в разі методу управління обміном CSMA/CD, потрібний принципово інший підхід.

Як вже наголошувалося, сигнал в манчестерському коді завжди має постійну складову, рівну половині розмаху сигналу (якщо один з двох рівнів сигналу нульової). Проте в разі зіткнення два і більш за пакети (при колізії) це правило виконуватися не буде. Постійна складова сумарного сигналу в мережі буде обов'язкова більше або менше половини розмаху (рис. 4.13). Адже пакети завжди відрізняються один від одного і до того ж зрушені один щодо одного в часі. Саме по виходу рівня постійною складовою за встановлені межі і визначає кожен мережевий адаптер наявність колізії в мережі.

Мал. 4.13. Визначення факту колізії в шині при використанні манчестерської коди

Завдання виявлення колізії істотно спрощується, якщо використовується не дійсна шина, а рівноцінна їй пасивна зірка (рис. 4.14).

Мал. 4.14. Виявлення колізії в мережі пасивна зірка

При цьому кожен абонент з'єднується з центральним концентратором, як правило, двома кабелями, кожен з яких передає інформацію в своєму напрямі. Під час передачі свого пакету абонентові достатньо всього лише контролювати, чи не приходить йому в даний момент по зустрічному кабелю (приймальному) інший пакет. Якщо зустрічний пакет приходить, то детектується колізія. Так само виявляє колізії і концентратор.