Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Однако даже если предположить, что количество пользователей можно каким-то способом удерживать на постоянном уровне, то разделение канала на статические подканалы все равно является неэффективным. Основная проблема здесь состоит в том, что если какая-то часть пользователей не пользуется каналом, то эта часть спектра просто пропадает. Они сами при этом занимают линию, ие передавая ничего, и другим пе дают передать данные. Кроме того, в большинстве компьютерных систем трафик является чрезвычайно неравномерным (вполне обычным является отношение пикового трафика к среднему как 1000:1) Следовательно, большую часть времени большая часть каналов не будет использоваться.
То, что характеристики статического частотного уплотнения оказываются неудачными, можно легко продемонстрировать на примере простых вычислений теории массового обслуживания. Для начала сосчитаем среднее время задержки Тдля канала с пропускной способностью С бит/с, по которому прибывают Х кадров в секунду. Длина кадров является случайной величиной с экспоненциально распределенной плотностью вероятности, среднее значение которой равно 1/)г бита на кадр. При таких параметрах скорость прибытия составляет Х кадров в секунду, а скорость обслуживания — рС кадров в секунду. Теория массового обслуживания говорит о том, что пуассоновское время прибытия и обслуживания равно 1 Т = —.
)гС-) Пусть, например, пропускная способность С равна 100 Мбит/с, средняя длина кадра 1/р = 10 000 бит, скорость прибытия кадров Х = 5000 кадров в секунду. Тогда Т = 200 мкс. Обратите внимание: если бы мы не учли задержки при формировании очереди и просто посчитали, сколько времени нужно на передачу кадра длиной 10 000 бит по сети с пропускной способностью 100 Мбит/с, то получили бы неправильный ответ; 100 мкс. Это число приемлемо лишь при отсутствии борьбы за канал. Теперь давайте разделим канал на М независимых подканалов, у каждого из которых будет пропускная способность С/М бит/с. Средняя входная скорость в каждом подканале теперь будет равна Х/М кадров в секунду.
Сосчитав новое значение средней задержки Т, получим: (4.1) ц(с л")-() м) рс — ). Это означает, что при использовании частотного уплотнения значение средней задержки стало в М раз хуже значения, которое было бы в канале, если бы все кадры были каким-то волшебным образом организованы в одну обшую очередь. 294 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде Те же самые аргументы применимы и к временному уплотнению (ТОМ, Т1ше 91ч(з(оп Мц)г(р!ех1пй — мультиплексная передача с временным разделением).
Каждому пользователю в данном случае статически выделяется Ж-й интервал времени. Если интервал не используется абонентом, то он просто пропадает. С тем же успехом можно разделить сети физически. Если взять 100-мегабитную сеть и сделать из нее десять 10-мегабитных, статически распределив по ним пользователей, то в результате средняя задержка возрастет с 200 мкс до 2 мс.
Таким образом, ни один статический метод распределения каналов не годится для пульсирующего графика, позтому далее мы рассмотрим динамические методы. Динамическое распределение каналов в локальных и региональных сетях Прежде чем приступить к рассмотрению многочисленных методов распределения каналов, следует тщательно сформулировать решаемую проблему. В основе всех разработок в данной области лежат следующие пять допущений. 1.
Станционная модель. Модель состоит из М независимых станций (компьютеров, телефонов, персональных средств связи и т. д.), в каждой из которых программа пользователя формирует кадры для передачи. Станции иногда называют терминалами. Вероятность формирования кадра в интервале времени Ьг равна ЬИ, где Х является константой (скорость прибытия новых кадров). Как только кадр сформирован, станция блокируется и ничего не делает, пока кадр не будет успешно передан.
2. Предположение о едином канале. Единый канал доступен для всех. Все станции могут передавать и принимать данные по нему. С точки зрения аппаратуры все станции считаются равными, хотя программно протокол может устанавливать для них различные приоритеты. 3. Допущение о коллизиях. Если два кадра передаются одновременно, они перекрываются по времени, в результате сигнал искажается. Такое событие называется конфликтом, или коллизией.
Все станции могут обнаруживать конфликты. Искаженный вследствие конфликта кадр должен быть передан повторно. Других ошибок, кроме тех, которые вызваны конфликтами, нет. 4а. Непрерывное время. Передача кадров может начаться в любой момент времени. Не существует никаких синхронизнрущих импульсов, которые делили бы время на дискретные интервалы. 4б. Дискретное время, Время разделено на дискретные интервалы (такты). Передача кадра может начаться только с началом такта. Один временной интервал может содержать О, 1 или более кадров, что соответствует свободному интервалу, успешной передаче кадра или коллизии.
ба. Контроль несущей. Станции могут определить, свободна или занята линия, до ее использования. Если канал занят, станции не будут пытаться передавать кадры по нему, пока он не освободится. Протоколы коллективного доступа 296 бб, Отсутствие контроля несущей. Станции не могут определить, свободна или занята линия, пока не попытаготся ее использовать. Они просто начинают передачу. Только потом они могут определить, была ли передача успешной. О приведенных ранее допущениях следует сказать несколько слов. Первое допущение утверждает, что станции независимы и работают с постоянной скоростью.
Также неявно предполагается, что у каждой станции имеется только один пользователь или программа, поэтому пока станция заблокирована, она не производит никакой работы. Более сложные модели рассматривают многопрограммные станции, которые могут работать в заблокированном состоянии, однако и анализ подобных станций намного сложнее.
Допущение о едином канале является, на самом деле, центральным в данной модели. Никаких внешних каналов связи нет. Станции не могут тянуть руки, привлекая к себе внимание н убеждая учителя спросить их. Допущение о коллизиях также является основным, хотя в некоторых системах (особенно в системах с расширенным спектром) данное допущение звучит не столь строго, что приводит к неожиданным результатам. Кроме того, в некоторых локальных сетях, например в сети говел ггпя (маркерное кольцо), применяется механизм разрешения коллизий, реализуемый за счет специальных пакетов — маркеров, передающихся от станции к станции.
Помещать в канал кадр может только тот, у кого в данный момент находится маркер. Далее мы обсудим модель моноканала с конкуренцией и коллизиями. Для времени существует два альтернативных допущения. В одних системах время может быть непрерывным (4а), в других — дискретным, поэтому мы рассмотрим оба варианта.
Аналогично этому, контроль несушей также реализован не во всех системах. Станции локальных сетей обычно знают, когда линия занята, однако в беспроводных сетях контроля несушей нет, потому что отдельно взятая станция не может «слышатьа все остальные из-за разницы частотных диапазонов. Станции проводных сетей с контролем несушей могут приостанавливать собственную передачу, обнаружив коллизию.
Обратите внимание на слово «несущая». В данном случае оно означает электрический сигнал, распространяющийся по каналу'. Протоколы коллективного доступа Известно много алгоритмов коллективного доступа. В следуюших разделах будут рассмотрены наиболее интересные алгоритмы и даны примеры их применения. Система А$.0НА В 70-х годах Норман Абрамсон (о!огшап АЪгашзоп) и его коллеги из Гавайского университета разработали новый элегантный метод решения проблемы распределения каналов. Их труды впоследствии стали основой многих исследований ! Слово «саге!ее» («иесувгая») в английском языке означает также «иеревозчик». — примеч. перее.
296 Глава 4, Подуровень управления доступом к среде 1АЬгашзоп, 1985). Хотя в работе Абрамсона, получившей название А1.ОНА, использовалась широковещательная радиосвязь со стационарными передатчиками, основная идея применима к любой системе, в которой независимые пользователи соревнуются за право использования одного общего канала. В данной главе мы рассмотрим две версии системы А).ОНА чистую и дискретную.
Они отличаются тем, делится ли время на дискретные интервалы, в течение которых передаются кадры, или нет. В чистой системе АЕОНА не требуется общая синхронизация времени, а в дискретной требуется, Чистая система А1.0НА В основе системы АЕОНА лежит простая идея: разрешить пользователям передачу, как только у них появляются данные для отсылки.
Конечно, при этом будут столкновения, и столкнувшиеся кадры будут разрушены. Однако благодаря свойству обратной связи широковещательной системы отправитель всегда может установить, дошел ли его кадр до получателя или был разрушен. Для этого ему нужно просто прослушивать канал, как это делают все остальные пользователи. В локальных сетях обратная связь мгновенная, а в спутниковых системах существует задержка в 270 мс, и только после этого отправитель может узнать, насколько успешной была передача. Если кадр был уничтожен, отправитель просто выжидает некоторое случайное время и пытается переслать этот кадр снова. Время ожидания должно быть случайным.
В противном случае при равных фиксированных интервалах времени ожидания коллизии будут повторяться снова и снова. Системы, в которых несколько пользователей используют один общий канал таким способом, что время от времени возникают конфликты, называются системами е конкуренцией. На рис. 4.1 показан пример формирования кадров в системе А1.ОНА Все кадры на нашем рисунке имеют один размер, так как при этом пропускная способность системы сделана максимальной именно за счет фиксированного размера кадров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
