Каналы коллективного доступа
В начале главы мы отметили, что существуют два типа сетевых каналов: двухточечные и широковещательные. Двухточечная линия связи состоит из передатчика на одном конце линии и приемника на другом конце. Для двухточечных линий связи разработано множество протоколов канального уровня. Ниже в этой главе будет рассказано о двух таких протоколах: РРР (Point-to-Point Protocol — протокол передачи от точки к точке) и HDLC (High-level Data Link Control — высокоуровневый протокол управления каналом). Второй тип канала, широковещательный канал, может иметь несколько передающих и принимающих узлов, присоединенных к одному и тому же совместно используемому широковещательному каналу. Термин «широковещание» используется здесь потому, что, когда один из узлов передает кадр, этот кадр принимается всеми остальными узлами, присоединенными к каналу. Примерами применения широковещательной технологии канального уровня являются Ethernet-сети и беспроводные локальные сети. В данном разделе мы сделаем небольшое отступление от темы протоколов канального уровня и сначала рассмотрим крайне важную для канального уровня проблему, заключающуюся в координации доступа множества передающих и принимающих узлов к общему широковещательному каналу, — так называемую проблему коллективного доступа. Широковещательные каналы часто применяют в локальных сетях, то есть в сетях, географически сконцентрированных в одном здании (или комплексе зданий, принадлежащих одной организации, например университету или компании). В конце этого раздела мы познакомимся с тем, как используются каналы коллективного доступа в локальных сетях.
Нам всем известно понятие широковещательной рассылки, так к № эта технология передачи данных используется в телевидении с момента его изобретения. Но в традиционном телевидении широковещательная рассылка является односторонней, так как там один фиксированный узел передает информацию множеству получающих узлов. Между тем узлы компьютерной широковещательн ой сети могут как принимать данные, так и передавать их. Возможно, более близкой к компьютерной широковещательной сети аналогией является вечеринка с коктейлями, где множество людей собираются в большой комнате (средой широковещательного канала при этом является воздух), чтобы поговорить и послушать. Вторая хорошая аналогия, хорошо знакомая многим читателям, — классная комната, в которой преподаватель и студенты совместно используют один общий широковещательный носитель. Центральная проблема обоих сценариев заключается в том, чтобы решить, кто и когда получает право говорить (передавать по каналу). Для себя люди разработали сложный набор правил коллективного использования канала:
□ «дайте возможность поговорить каждому»;
□ «не говорите, пока с вами не заговорят»;
□ «не монополизируйте беседу»;
□ «если у вас есть вопрос, поднимите руку»;
□ «не прерывайте говорящего громким храпом».
Обмен данными в компьютерных сетях также управляется наборами правил, составляющих так называемые протоколы коллективного доступа. Как показано на рис. 5.9, протоколы коллективного доступа применяются в сетях самых разных конфигураций, включая кабельные и беспроводные локальные сети, а также спутниковые сети. Хотя технически каждый узел получает доступ к широковещательному каналу через адаптер, в данном разделе и передающее, и принимающее устройства мы будем называть узлом. На практике по одному широковещательному каналу могут обмениваться данными сотни или даже тысячи узлов. Поскольку передавать кадры могут все узлы, возможна ситуация, когда одновременно начнут передачу несколько узлов. Когда такое происходит, каждый из узлов одновременно получает несколько кадров, то есть на принимающих узлах имеет место коллизия переданных кадров. Как правило, в случае коллизии принимающие узлы не могут корректно обрабатывать принятые кадры, так как сигналы таких кадров накладываются друг на друга. Таким образом, все вовлеченные в коллизию кадры теряются, а все время, пока они передавались, оказывается потраченным впустую. Очевидно, что наличие множества узлов, требующих частой передачи данных, означает высокую вероятность коллизий и низкий коэффициент использования канала.
Чтобы гарантировать высокую производительность канала при большом количестве активных узлов, необходимо каким-то образом координировать передачу ими кадров. За эту координацию отвечает протокол коллективного доступа. За последние 30 лет по теме протоколов коллективного доступа были написаны тысячи статей и защищены сотни докторских диссертаций. Более того, активные исследования протоколов коллективного доступа продолжаются до сих пор, что вызвано появлением новых типов линий связи, например новых беспроводных каналов.
За годы с помощью широкого спектра технологий канального уровня были реализованы десятки протоколов коллективного доступа. Тем не менее практически любой из этих протоколов мы можем отнести к одной из трех категорий: протоколы разделения канала, протоколы произвольного доступа и протоколы последовательного доступа. Мы обсудим эти категории протоколов коллективного доступа в следующих трех подразделах.
В заключение этого обзора отметим, что в идеальном случае протокол коллективного доступа для широковещательного канала со скоростью передачи данных R бит/с должен обладать следующими характеристиками.
□ Когда данные для передачи есть только у одного узла, этот узел обладает пропускной способностью в R бит/с.
□ Когда данные для передачи есть у М узлов, каждый из этих узлов обладает пропускной способностью в R/M бит/с. Это не означает, что каждый из М узлов в каждый момент времени может передавать данные со скоростью R/M бит/с, — это средняя скорость передачи данных каждого из узлов.
□ Протокол является децентрализованным, то есть не существует управляющих узлов, выход из строя которых может остановить работу всей сети.
□ Протокол прост и дешев в реализации.
Мой блог находят по следующим фразам