Диссертация (Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей космических аппаратов), страница 13

Например, к данным блокам можно отнести практически все блоки в приемнойчасти сетевого контроллера, например - блок декодирования. Данные блоки вносятнекоторую базовую задержку, которые просто задерживают данные на определенноеточно вычисляемое время. Перед ними никогда не образуется очереди из символов. Также они занимаются сортировкой заявок в нужные части сетевого контроллера.

Задержкаданных блоков гарантированно не зависит от частоты посылаемых символов, и онавсегда одинаковая для всех типов данных символов. Разработка блоков сортировкиложится непосредственно на разработчика, следовательно – задержки в этих блокахопределяются в начале разработки проекта.Блок выдачи данных представляет собой блок, который выдает данные по запросупринимающей стороной из самого контроллера.

Если блок выдачи работает медленно,то именно в этом блоке возможны значительные задержки. Опять же – если задержкизначительны и это является или неустранимой характеристикой, или требованием,которое предъявляется к хост системой, то остальной сетевой контроллер можно будетспроектировать, исходя из данных задержек.Можно сделать вывод, что каждая часть данной конвейерной модели вноситсущественныезадержкиврассчитываемыехарактеристики.Еслиблок51последовательной обработки будет спроектирован медленным, то это отразится напропускной способности и на размере буферов внутри сетевого контроллера.Количество же блоков влияет на задержки передачи внутри сетевого контроллера, и неотражается на пропускной способности. Если рассматривать среду передачи видеальных условиях, то она тоже не влияет на пропускную способность, но влияет навремя передачи, что в итоге может вызвать увеличение времени передачи.

В реальныхусловиях слишком длинный кабель и высокая частота может вызвать затухание сигналаи, соответственно, ограничение на частоту передачи и, как следствие, сниженияпропускной способности, но в этой модели это не рассматривается, так берутся длиныи частоты, непосредственно указанные в протоколе передачи или технического задания.Введенная модель конвейерной обработки позволяет в рамках инженернойразработки оценивать внутренние задержки внутренних блоков сетевых контроллеровканального уровня.

Однако, необходимо помнить основную функцию канального уровня,которая непосредственно влияет на пропускную способность и остальныехарактеристики – это управление потоком. Правильно спроектированный канальныйуровень в рамках данной функции может оказать прямое влияние на все характеристикисетевого контроллера.2.2 Управление потокомМеханизм управления потоком позволяет получателю контролировать потокпротокольных модулей данных, посылаемых отправителем, для того, чтобыпринимающий узел успевал обрабатывать приходящие данные и не терял их в процессепередачи из-за заполнения внутренних буферов.

Это можно сделать несколькимиспособами, например, одним из вариантов является уменьшение скорости отправкиданных. Вторым из способов является уменьшение количества передаваемойинформации. Каждый из описанных вариантов позволит уменьшить нагрузку наприемное устройство.Проблема переполнения приемника может возникнуть по разным причинам.Например, приемное устройство при поступлении информации изначально должнопроверить и осуществить обработку заголовок принятого фрагмента информации. Вэтом случае передающее устройство может формировать данные быстрее, чемприемное устройство будет их принимать и осуществлять обработку поступившейинформации. Также, приемное устройство может блокировать входящий потокинформации, так как ему необходимо время на передачу ее на верхний уровеньпротокола.

Таким образом, если пользователь верхнего уровня слишком запаздывает собработкой данных, которая поступает к нему, буферная память приемного устройстваможет быть заполнена, и приемник вынуждено попросит приемное устройствопрекратить передачу данных. В третьем случае, в качестве приемного устройство можетвступать коммутатор, и он будет вынужден буферизовать входящий поток информациина одном из его портов, так как второй порт, куда должна быть отправлена принятая52информация будет работать медленнее, чем порт, по которому эта информацияприходит. В этом случае приемное устройство также может сигнализироватьпередающему о такой ситуации.Как мы писали выше – функция управления потоком сильно влияет нахарактеристики сетевого контроллера канального уровня. Если рассмотреть управлениепотоком с точки зрения данных, то оно необходимо приемнику для ограниченияколичество данных, которые находятся в самом сетевом контроллере.

Если ограничениебудет сильным – это ограничит пропускную способность, но в то же время – уменьшитколичество буферной памяти, которая необходима для хранения данных.Схемы управления каналом можно условно разделить на 3 базовых принципа:1)дисциплина на линии – Кто сейчас должен отправлять данные;2)управление данными – Сколько данных может быть сейчас отправлено;3)управление ошибками – Как будут исправляться ошибки.Принцип «дисциплина на линии» практически всегда используется вполудуплексном режиме или дуплексном режиме шины (то есть для разделяемойсреды), и предполагаемый алгоритм работы определяет некоторый базовый алгоритмпередачи данных:1)определить направление передачи;2)убедится в готовности приемника/передатчика);3)начать передачу/прием.Именно для разделяемой среды в полудуплексном режиме важно, чтобы передачаосуществлялась в нужное время, так как одновременная передача данных вызоветстолкновение кадров и соответственно коллизии в канале, которые просто займут времяпередачи, снижая эффективную пропускную способность.

Можно сказать, что данныйпринцип предлагает механизм передачи данных в разделяемой среде, где каждоеустройство должно иметь информацию о режиме, в котором она сейчас будет работать(прием или передача) и в зависимости от этого осуществлять прием и передачу вустановленное время. В зависимости от режима обмена может использоваться один издвух режимов работы – запрос-ответ, или запрос-выбор (или полл-выбор).Базовый протокол взаимодействия пор принципу дисциплины линии запрос-выборпредставлен на рисунке 17.Рисунок 17.

Протокол взаимодействия для «дисциплины на линии»53Из рисунка 17 видно, что изначально при передаче устанавливается запрос напередачу, получается подтверждение на передачу, происходит передача данных исоответственно завершение передачи. Данный протокол обмена применяется вполудуплексном и дуплексном режиме.Режим запрос-выбор используется при наличии одного главного узла, которыйявляется центральным, все другие узлы являются вторичными и не могутинициализировать процесс обмена информацией. Любой обмен идет через главныйузел.

Возможны два способа обмена информацией – выбор, когда главная узел хочетчто-то передать вторичному узлу и опрос-выбор – когда вторичный узел хочет передатьглавному. Общий принцип такого управления сводится к запросам от главного узла ковторичным на передачу или прием данных.Рисунок 18. Работа по протоколу опросаНа рисунке 18, представлен режим опроса, где общий принцип работы такогозаключается в запросах от главного узла вторичных. Если у вторичного узла есть данныена передачу главному узлу – он посылает данные. Если данных нет – он передает отказот передачи (NAK).

Данный принцип больше всего подходит для шинного обмена, хотяи является несколько неэффективным, если необходима передача вторичных станциймежду собой.Следующим принципом функции управления каналом является принципуправления количеством данных в канале. Данный принцип обмена информациейпредполагает координирование количество данных, которые может принять приемноеустройство до подтверждения. В качестве подтверждения может использоваться каккадр подтверждения, так и обновленная информация о количестве данных, которыеможет принять приемное устройство.

Данный принцип исходит из того, что приемноеустройство работает на своей скорости и может не успевать обрабатывать все данные54которые приходят ей с противоположного передатчика. Возможны различные вариантыреализации данного принципа, однако основополагающим условием являетсявзаимодействие приемного устройства и передающего. Приемное устройство черезпередающее сообщает противоположной стороне информацию о работе приемногоустройства. Таким образом именно скорость работы приемного устройства определяетчастоты отправки информации передающим устройством противоположной стороны.Управление потоком данных реализуется несколькими вариантами:1)принцип скользящего окна (Sliding Window);2)принцип предварительного кредитования (Credit based);3)принцип раздельного управления;4)принцип ожидания.Общий принцип скользящего окна [92] состоит в следующем – информацияпосылается кадрами с номерами от 0 до 2 , где n – число, заданное конкретно дляпротокола.

Количество кадров, которые можно послать: нельзя послать больше, чемразмер окна. Кадры нумеруются каждый своим номером, одинаковые номеров кадровне допускаются. При получении подтверждения – окно сдвигается (Рисунок 19).Рисунок 19. Принцип скользящего окнаВторой вариант реализации - скользящее окна с возвратом, подразумеваетнумерацию кадров в определенной последовательности. Если приходит кадр сненужным номером он отбрасывается, как и все последующие с неправильныминомерами и второй стороне отправляется сообщение об ошибке.