Протоколы коллективного доступа используются в самых разных типах широковещательных каналов, а также в спутниковых и беспроводных каналах, узлы которых ведут передачу в радиодиапазоне, и в восходящих каналах при кабельном доступе к Интернету (см. раздел «Интернет-провайдеры и магистрали Интернета» в главе 1). Кроме того, протоколы коллективного доступа очень популярны в локальных сетях.
Читать далее »
Популярность: 5%
Как уже упоминалось, двумя желательными свойствами протокола коллективного доступа являются, во-первых, возможность единственного активного узла передавать свои данные с максимальной пропускной способностью канала R бит/с, во-вторых, возможность для каждого из М активных узлов передавать свои данные со скоростью R/M бит/с. Протоколы ALOHA и CSMА удовлетворяют первому требованию, но не удовлетворяют второму. Это подвигло исследователей на создание нового класса протоколов — протоколов последовательного доступа. Как и в случае с протоколами произвольного доступа, существуют десятки протоколов последовательного доступа, и у каждого есть множество вариантов. Здесь мы рассмотрим два наиболее важных протокола последовательного доступа. Первый из них — протокол опроса. При использовании протокола опроса один из узлов должен быть назначен главным (управляющим) узлом. Главный узел поочередно опрашивает все узлы. Например, сначала главный узел посылает сообщение узлу 1, сообщая ему, что он может передать некоторое максимальное количество кадров. После того как узел 1 передает несколько кадров, главный узел разрешает передать некоторое количество кадров узлу 2. (Главный узел может определить момент завершения передачи очередным узлом по отсутствию сигнала в канале.) Данная процедура продолжается бесконечно, при этом главный узел в цикле опрашивает все узлы.
Читать далее »
Популярность: 0
В обоих вариантах протокола ALOHA, дискретном и чистом, узел принимает решение о передаче кадра независимо от активности остальных узлов, присоединенных к широковещательному каналу. В частности, узел не обращает внимания на то, ведется ли в данный момент передача другими узлами, и не прекращает передачу в случае коллизий. Если вспомнить нашу аналогию с вечеринкой, протоколы ALOHA подобны невоспитанным собеседникам, прерывающим чужой разговор и продолжающим говорить, несмотря на то что в разговор вступили другие участники вечеринки. У людей также есть свои протоколы, позволяющие им не только вести себя более цивилизованно, но и тратить меньше времени на «коллизии» друг с другом и, таким образом, повышать «производительность» беседы. В частности, существуют два важных правила вежливого разговора.
Читать далее »
Популярность: 0
Дискретный протокол ALOHA требует, чтобы все узлы синхронизировали время начала передачи кадров. Собственно, первый протокол ALOHA не был дискретным, представляя собой полностью децентрализованный протокол. В так называемом чистом протоколе ALOHA, когда прибывает первый кадр (то есть дейтаграмма сетевого уровня передается на более низкий уровень передающего узла), узел немедленно передает весь кадр целиком в широковещательный канал. Если переданный кадр сталкивается с одним или несколькими другими кадрами, с вероятностью р узел немедленно передает кадр повторно. В противном случае узел выжидает в течение времени, необходимого для передачи одного кадра, после чего опять с вероятностью р передает кадр либо пережидает еще один интервал времени.
Чтобы определить максимальную эффективность чистого протокола ALOHA, сконцентрируем наше внимание на отдельном узле. Мы будем использовать те же допущения, что и в случае дискретного протокола ALOHA, и примем за единицу времени интервал (слот), требующийся для передачи одного кадра. В любой момент времени вероятность того, что узел передает кадр, равна р. Предположим, передача этого кадра началась в момент времени t(0). Как видно из рис. 5.14, чтобы этот кадр был передан успешно, никакой другой узел не должен начать свою передачу во временном интервале [t(0) - 1, t(0)], так как иначе такая передача совпадет по времени с началом передачи нашего узла. Вероятность того, что остальные узлы не начнут передачу в течение этого интервала времени, равна р(1 -p)(N-1). Аналогично, никакой другой узел не должен начать свою передачу, пока передает наш узел, так как такая передача также приведет к коллизии, но уже с концом нашего кадра. Вероятность этого события также равна р(1 – p)(N-1). Таким образом, вероятность успешной передачи кадра данным узлом равна р(1 – р)(2(N-1)). При стремлении количества узлов к бесконечности максимальная эффективность чистого протокола ALOHA будет равна всего лишь 1/(2е), то есть половине от максимальной эффективности дискретного протокола ALOHA. Такова плата за полную децентрализацию.
Читать далее »
Популярность: 0
Второй широкий класс протоколов коллективного доступа составляют так называемые протоколы произвольного доступа. В протоколе произвольного доступа передающий узел всегда передает данные в канал с максимальной скоростью, то есть R бит/с. Когда возникает коллизия, каждый вовлеченный в нее узел передает свой кадр повторно до тех пор, пока ему не удастся пройти по каналу без коллизий.
Читать далее »
Популярность: 0
Начнем наше изучение протоколов произвольного доступа с одного из наиболее простых протоколов, так называемого дискретного протокола ALOHA. В нашем описании дискретной системы ALOHA мы будем предполагать следующее:
□ все кадры состоят ровно из L бит;
□ время разделено на интервалы времени (слоты) длительностью L/R секунд (это время, за которое передается один кадр);
□ узлы начинают передачу кадров только в момент начала очередного слота;
□ узлы синхронизируются так, что каждый узел знает, когда начинается слот;
□ если в течение данного временного слота сталкиваются несколько кадров, тогда все узлы обнаруживают факт столкновения, прежде чем закончится данный слот.
Читать далее »
Популярность: 0
Еще один метод коллективного использования общего канала, который мы рассмотрим, предлагает протокол CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением). В отличие от схем мультиплексирования с частотным и временным разделением канала, предоставляющих узлам частотные диапазоны или временные интервалы, протокол CDMA назначает каждому узлу собственный код. Затем каждый узел использует этот уникальный код для кодирования передаваемых им данных. Как мы увидим, протокол CDMA позволяет нескольким узлам передавать данные одновременно, при этом получатели могут корректно принимать эти данные (при условии, что получателю известен код передатчика). Протокол CDMA в течение некоторого времени использовался в военных системах связи (благодаря своей устойчивости к попыткам подавления сигнала), а в настоящее время получает все более широкое распространение в гражданских беспроводных средствах связи коллективного доступа.
В протоколе CDMA при передаче каждый бит кодируется, для чего он умножается на некий сигнал (код), изменяющийся с частотой, в несколько раз превосходящей исходную скорость передачи данных. Рисунок 5.11 иллюстрирует простой идеализированный сценарий кодирования/декодирования данных протоколом CDMA. Предположим, что частота, с которой исходные биты попадают в кодирующее устройство CDMA, определяет длительность временного интервала, то есть для передачи каждого бита данных требуется один однобитовый временной слот. Пусть dt — значение бита данных для f-го битового слота. Нам будет удобнее представлять нулевой бит данных как -1. Каждый битовый слот разделяется на М мини-слотов. На рисунке М = 8, хотя на практике применяют гораздо большие значения.
Читать далее »
Популярность: 0
Вспомним (см. раздел «Ядро компьютерных сетей» в главе 1) наше обсуждение двух методов разделения пропускной способности широковещательного канала между узлами: мультиплексирования с временным разделением (Time-Division Multiplexing, TDM) и мультиплексирования с частотным разделением (Frequent-Division Multiplexing, FDM). Предположим для примера, что канал поддерживает N узлов и скорость передачи данных в канале равна R бит/с. При временном разделении канала время делится на интервалы, называемые кадрами, каждый из которых делится на N элементарных интервалов времени, называемых слотами. Затем каждому из N узлов назначается один временной слот. Когда у узла есть кадр для отправки, он передает биты этого кадра в течение назначенного ему элементарного интервала времени. Как правило, длина слота выбирается таким образом, чтобы за этот интервал можно было передать один кадр. На рис. 5.10 показан простой пример мультиплексирования с временным разделением для канала с четырьмя узлами. Если вернуться к нашей аналогии с вечеринкой, то при такой схеме каждый участник вечеринки сможет говорить в течение некоторого фиксированного интервала времени, после чего такое же право получает другой участник, и т. д. После того как возможность поговорить получат все участники вечеринки, эта возможность снова переходит первому участнику, и все повторяется.
Читать далее »
Популярность: 0
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.
Читать далее »
Популярность: 0
Широко применяемый в современных компьютерных сетях метод обнаружения ошибок основан на контроле при помощи циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check, CRC). Циклические избыточные коды также называют полиномиальными кодами, так как при их вычислении битовая строка рассматривается как многочлен (полином), коэффициенты которого равны 0 или 1, и операции с этой битовой строкой можно интерпретировать как операции деления и умножения многочленов.
Читать далее »
Популярность: 0