Методы доступа к среде передачи данных

Ethernet- доминирующая технология проводных локальных сетей.

2 варианта технологии построения сетей:

1. Классический Ethernet. Исторически появился в 1973г.

Для передачи данных используется разделяемая среда, с топологией общая шина.

2. Коммутируемый Ethernet появился в 1995г. (Fast Ethernet IEEEu3)

Необходим метод обеспечения согласованного доступа к общей среде. (В такой архитектуре сети необходимо чтобы в один момент времени данные передавал только один компьютер.)

Если данные будет передавать несколько компьютеров, то может возникнуть Коллизия и данные будут потеряны. (Сигналы столкнутся, наложатся друг на друга и информацию невозможно будет прочитать сообщения не от первого компьютера не от второго)- Именно такая ситуация и называется Коллизией.

Для того чтобы Коллизии не произошло и данные передавались успешно в сетях где используется разделяемая среда необходимо применять какой-то метод управления доступом к среде. Этот метод должен сделать, чтобы в среде в один и тот же момент времени передавал данные только один компьютер.

В настоящее время наиболее распространенными методами доступа к локальной сети являются:

• В классическом Ethernet используется метод доступа к среде CSMA/CD (Множественный доступ с прослушиванием несущей частоты и обнаружением коллизий.)
• Маркерные методы – на основе маркерной шины и маркерного кольца.

Существует две разновидности случайного доступа: CSMA/CD – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов и приоритетный доступ.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов.

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной. Все компьютеры такой сети непосредственно имеют доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину.

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала (несущая частота). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.

Если в среде нет несущей частоты, то компьютер может начать передачу данных

Как в целом устроен метод доступа к среде в модели CSMA/CD:

Работа по этому методу состоит из 3 периодов:

Период передачи — какому-то компьютеру удалось захватить доступ к разделяемой среде, и он передает свои данные.

В периоде простоя — никому передавать данные не нужно- и среда свободна.

Период конкуренции — возникает, когда несколько компьютеров пытаются начать передавать данные. Из-за того, что данные передают несколько компьютеров, возникает коллизия, передача данных останавливается и так продолжается пока одному компьютеру не удастся захватить разделяемую среду.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабале сигналами. Если передаваемые и получаемые сигналы отличаются, то фиксируется наличие Коллизии. Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывают передачу своего кадра и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32бит, называемой jam-последовательностью. После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течении короткого случайного интервала времени. Затем она снова может предпринять попытку захвата среды и передачи кадра.

После этого начинается период передачи.

Схема передачи:
Передавать какие-то кадры компьютер может только, если в среде нет несущей частоты.

Сначала передается Преамбула. (Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.)  

После окончания преамбулы компьютер начинает передавать кадр.

Все остальные компьютеры в сети начинают принимать кадр и записывать его в свой буфер.

Все компьютеры читают первые 6 байт кадра в котором находится MAC адрес получателя:

• Компьютер, который узнал свой адрес, продолжает записывать кадр.
• Остальные удаляют кадр из буфера.

После окончания кадра все узлы сети обязаны выдержать межкадровый интервал в 9,6мкс. Эта пауза, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания межкадрового интервала узлы имеют права начать передачу своего кадра, так как среда свободна.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и межкадровый интервал не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две станции или более одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Такая ситуация называется Коллизией, так как содержимое кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала. Коллизия является нормальной ситуацией в работе сетей Ethernet.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабале сигналами. Если передаваемые и получаемые сигналы отличаются, то фиксируется наличие Коллизии. Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывают передачу своего кадра и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32бит, называемой jam-последовательностью. После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течении короткого случайного интервала времени. Затем она снова может предпринять попытку захвата среды и передачи кадра.

Недостатки:

• Сесть становится неработоспособной при загрузке разделяемой среды больше, чем на 30%.
• Работоспособное количество компьютеров – 30.
• Данные в разделяемой среде доступны всем.
• Причины коллизии.
• Для передачи данных в реальном времени (аудио/видео)

Приоритетный доступ.

При этом способе концентратор, получив одновременно два запроса, отдает предпочтение тому, который имеет более высокий приоритет. Эта технология реализуется в виде системы с опросом. Интеллектуальный концентратор опрашивает подключенные к нему компьютеры и при наличии у нескольких из них запросов на передачу разрешает передать пакет данных тому, у которого приоритет, установленного для него, выше.

Маркерные методы доступа.

К маркерным методам доступа относят два наиболее известных типа передачи данных по локальной сети: маркерная шина (стандарт IEEE 802.4) и маркерное кольцо (стандарт IEEE 802.5).

Маркер — управляющая последовательность бит, передаваемых компьютером по сети. Маркер предназначен для управления доступом к сети компьютеров в маркерных методах доступа.

Физически маркерная шина представляет собой линейный или древовидный кабель, к которому присоединены станции. Логически соединение станций организовано в кольцо, в котором каждая станция знает адреса своих соседей справа и слева. При инициализации логического кольца право посылать кадр получает станция с наибольшим номером. Переслав кадр, она передает право пересылке своему ближайшему соседу, посылая ему специальный управляющий кадр, называемый маркером.

Маркер перемещается по логическому кольцу, при этом право передачи кадров имеет только держатель маркера