Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Различие между CSMA/CD и дискретной системой ALOHA состоит в том,что в первом случае за слотом, в течение которого передачу осуществляет только однастанция (то есть когда канал захвачен), следует передача оставшейся части кадра. Этопозволит значительно улучшить производительность, если время кадра будет намногобольше времени распространения сигнала по каналу.4.2.3. Протоколы без столкновенийХотя в протоколе CSMA/CD столкновения не могут происходить после того, как станция захватывает канал, они могут случаться в период конкуренции. Эти столкновенияснижают производительность системы, особенно когда произведение полосы пропускания на значение задержки велико, то есть при большой длине кабеля (и больших τ)и коротких кадрах. Коллизии не только уменьшают пропускную способность, ониделают время пересылки кадра непостоянным, что очень плохо для трафика, передаваемого в режиме реального времени, такого как голосовые данные по протоколу IP.Метод CSMA/CD оказывается не универсальным.В данном разделе мы рассмотрим протоколы, которые решают проблему борьбы заправо занять канал, причем делают это даже без периода конкуренции.
Большинствоиз них в крупных системах сегодня не используются, но в такой изменчивой отрасливсегда хорошо иметь про запас несколько протоколов с великолепными свойствами,которые можно будет применить в будущем.В описываемых ниже протоколах предполагается наличие N станций, у каждой изкоторых запрограммирован постоянный уникальный адрес в пределах от 0 до N – 1.
Точто некоторые станции могут часть времени оставаться пассивными, роли не играет.4.2. Протоколы коллективного доступа 295Также предполагается, что задержка распространения сигнала пренебрежимо мала.Главный вопрос остается неизменным: какой станции будет предоставлен канал послепередачи данного кадра? Мы будем по-прежнему использовать модель, изображеннуюна рис. 4.5, с ее дискретными интервалами конкуренции.Протокол битовой картыВ первом протоколе без столкновений, который мы рассмотрим, называющемся основным методом битовой карты (basic bit-map method), каждый период конкуренциисостоит ровно из N временных интервалов. Если у станции 0 есть кадр для передачи,она передает единичный бит во время 0-го интервала.
Другим станциям не разрешается передача в это время. Во время интервала 1 станция 1 также сообщает, есть лиу нее кадр для передачи, передавая бит 1 или 0. В результате к окончанию интервалаN все N станций знают, кто хочет передавать. В этот момент они начинают передачув соответствии со своим порядком номеров (на рис. 4.6 приведен пример для N = 8).Рис. 4.6. Базовый протокол битовой картыПоскольку все знают, чья очередь передавать, столкновений нет. После того какпоследняя станция передает свой кадр, что все станции отслеживают, прослушиваялинию, начинается новый период подачи заявок из N интервалов.
Если станция переходит в состояние готовности (получает кадр для передачи) сразу после того, как онаотказалась от передачи, это значит, что ей не повезло и она должна ждать следующегоцикла.Протоколы, в которых намерение передавать объявляется всем перед самой передачей, называются протоколами с резервированием (reservation protocols), так какони заранее резервируют канал для определенной станции, предотвращая коллизии.Оценим производительность такого протокола. Для удобства будем измерять времяв однобитовых интервалах периода подачи заявок, при этом кадр данных состоит изd единиц времени.При слабой загрузке канала битовая карта просто будет повторяться снова и снова, изредка перемежаясь кадрами.
Рассмотрим эту ситуацию с точки зрения станциис небольшим номером, например 0 или 1. Обычно в тот момент, когда у нее возникаетпотребность в передаче, текущий интервал времени уже находится где-то в серединебитовой карты. В среднем станция будет ждать N/2 интервалов до окончания текущегопериода резервирования и еще N интервалов следующего (своего) периода резервирования, не считая кадров, передаваемых между двумя этими периодами, прежде чемона сможет начать передачу.Перспективы станций с большими номерами более радужны. В среднем время ожидания передачи составит половину цикла (N/2 однобитовых интервалов).
Станциям296 Глава 4. Подуровень управления доступом к средес большими номерами редко приходится ждать следующего цикла. Поскольку станциям с небольшими номерами приходится ждать в среднем 1,5N интервала, а станциямс большими номерами — N/2 интервалов, среднее время ожидания для всех станцийсоставляет N интервалов.При низкой загрузке канала его производительность легко сосчитать. Накладныерасходы на кадр составляют N бит, и при длине кадра в d бит эффективность равнаd/(N + d).При сильной загруженности канала, когда все станции хотят что-то передать, период подачи заявок из N бит чередуется с N кадрами. При этом накладные расходы напередачу одного кадра составляют всего один бит, а эффективность равна d/(d + 1).Среднее время задержки для кадра будет равно сумме времени ожидания в очередивнутри своей станции и дополнительных (N – 1)d + N однобитовых интервалов, когдаон попадет в начало своей внутренней очереди.
Этот интервал указывает, как долгостанции приходится ожидать завершения отправки кадра всеми остальными станциями и очередного получения битовой карты.Передача маркераСмысл протокола битовой карты в том, что он позволяет каждой станции передаватьданные по очереди в заранее определенном порядке. Другой способ, аналогичныйэтому, основан на передаче небольшого сообщения, называемого маркером (token), отодной станции к следующей в том же самом заранее определенном порядке. Маркерпредставляет собой разрешение на отправку. Если на станции в очереди находитсякадр, готовый к пересылке, и станция получает маркер, она имеет право отправитькадр, прежде чем передавать маркер следующей станции.
Если кадров для отправкинет, то она просто передает маркер.В протоколе маркерного кольца (token ring) для определения порядка, в которомстанции отправляют данные, используется топология сети. Станции подключеныодна к другой, образуя простое кольцо. Таким образом, передача маркера заключаетсяв получении его с одного направления и пересылке в противоположном, как видно нарис. 4.7. Кадры передаются в том же направлении, что и маркер. Они путешествуют покольцу, проходя по всем станциям, которые оказываются на их пути. Однако для тогочтобы кадр не циркулировал вечно (как маркер), какая-то станция должна извлечьего из кольца. Это может быть либо первоначальный отправитель (если кадр прошелполный цикл), либо станция-получатель.Рис.
4.7. Маркерное кольцо4.2. Протоколы коллективного доступа 297Обратите внимание, что для реализации передачи маркера физическое кольцо нетребуется. Канал, соединяющий станции, может иметь форму одной длинной шины.Станции просто пересылают маркер по шине соседям в предопределенном порядке.Наличие маркера позволяет станции использовать шину для отправки одного кадра,как и раньше. Такой протокол называется маркерной шиной (token bus).Производительность протокола с передачей маркера схожа с производительностьюпротокола с битовой картой, хотя периоды конкуренции и кадры одного цикла здесьперемешаны. После отправки кадра каждая станция должна подождать, пока все Nстанций (включая ее саму) передадут маркер своим соседям, и, кроме этого, N – 1станция отправит кадры (если у них имеются данные для отправки). Тонкая разницазаключается в том, что так как все позиции в цикле эквивалентны, никаких отклонений для сильно или слабо загруженных станций нет.
В маркерном кольце, преждечем протокол перейдет на следующий шаг, каждая станция также отправляет маркертолько к соседней станции. Маркеру не нужно посещать все станции, для того чтобыпротокол продвинулся на шаг вперед.Протоколы MAC на базе маркерных колец появляются с определенной периодичностью. Один из ранних протоколов (который назывался Token Ring, то есть«Маркерное кольцо» и стандартизирован в IEEE��������������������������������� ��������������������������������802.5) в 1980-е годы был популярен в качестве альтернативы классическому Ethernet. В 1990-е годы намного болеебыстрое маркерное кольцо под названием FDDI (Fiber Distributed Data Interface,волоконно-оптический распределенный интерфейс данных) потерпело поражениеот коммутируемого Ethernet.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
