A kollektív hozzáférési módszer a hordozó azonosításával és ütközésérzékelésével
5. fejezet: Helyi hálózatok
Ez a fejezet az Ethernet technológiát ismerteti - a modern helyi hálózatok legáltalánosabb technológiája.
A helyi hálózatok osztályozása és jellemzői
A helyi hálózatok (LAN) olyan elosztott számítástechnikai rendszerek, amelyek a számítógépeket egy vagy több épületen belül integrálják. A helyi hálózat csomópontjai általában 3 km-en belül vannak.
A helyi hálózatokat elsődlegesen az OSI szintek 1. és 2. protokollja, vagyis a használt hálózati eszközök technológiája alapján osztályozzák: Ethernet, Token Ring, FDDI, AppleTalk.
A méret és az építkezés hierarchiája szerint különbséget tesz:
1. a) munkacsoportok hálózata (5-20 állomás);
2. b) osztályok hálózata (20-100 állomás);
C) vállalati hálózatok (vállalati hálózatok).
Az utóbbiak gyakran kialakított hálózati szolgáltatási struktúrával rendelkeznek, és a földrajz néha meghaladja a helyi hálózatokat, campus hálózatokat, távoli hozzáférési hálózatokat, valamint egyéb skálák hálózatait, a vállalati magánhálózatokig. A vállalati hálózatokban lévő állomások száma nagymértékben változik: 20 számítógéptől több tízezerig.
A helyi hálózatok, valamint más típusú számítógépes hálózatok egyik fő jellemzője az átviteli sebesség, amelynek hatósugara a fenti 8. táblázatban található.
Az Ethernet technológia alapjai. Fizikai és logikai topológia
Az Ethernet elveinek megértése érdekében a számítógépes hálózatok működésének elveiről és a hálózati kommunikációs feladat felosztásáról a fentiekben ismertetett szintekre kell általánosan ismerni.
Az angol nyelvű Ethernet az "éterhálózatot" jelenti. A technológia elődje egy rádió-kommunikációs rendszer volt a Hawaii szigetcsoport szétszórt állomásokon, az ALOHA néven. Az ALOHA alapelvei alapján a Xerox saját, 2.94 Mbit / s kapacitású kábelhálózatot épített fel maximum 100 számítógép csatlakoztatására. A projekt annyira sikeres volt, hogy a Xerox és a DEC és az Intel együtt kifejlesztett egy 10 Mbps-es Ethernet-specifikációt. Később ez a specifikáció képezte az IEEE 802.3 nemzetközi szabvány alapját.
Jelenleg az Ethernet kifejezést használják minden helyi hálózat leírására, a kollektív hozzáférési módszer használatával, hordozóazonosítóval és ütközésfelismeréssel. Mielőtt leírnánk ezt a módszert, bevezeti a logikai hálózati topológia fogalmát.
A hálózat fizikai topológiája a csomópontok és a kommunikációs vonalak tényleges kapcsolata. A fizikai topológia eltérhet a logikai módszertől. Beszéljük meg a különbséget.
Az első Ethernet hálózatok koaxiális kábel alapján épültek és fizikai topológiájú "buszra" (10. A modern helyi Ethernet és Fast Ethernet hálózatok alapja egy csavart érpár és koncentrátor (kapcsoló) a fizikai topológiák "csillag" (10. ábra, c) és "fa" (10. ábra, d ábra) alapján. A koaxiális hálózatokkal kompatibilis az ethernet hálózatokkal is, így kombinált hálózatok szerint épülnek össze (10. ábra, e).
A logikai topológia egy kapcsolatrendszer, amely az átviteli közeghez való hozzáférés módjához kapcsolódik. Mivel az Ethernet technológiával minden LAN számítógép képes egyszerre hozzáférni az átviteli közeghez, a logikai topológia a "busz". A Fast Ethernet fizikai topológiájának változása ellenére a hozzáférési mód a médiumra nem változott, így a logikai topológia sem változott.
A logikai topológia jelentésének mélyebb megértése érdekében tipikus példát adunk a Token Ring technológiának. Itt éppen ellenkezőleg, akkor használja a logikai topológia „gyűrű”, amelyen a hálózati állomásokon szigorúan alternatív hozzáférést az átviteli közeg, függetlenül a fizikai topológia a hálózat, amely lehet egy gyűrű (ábra. 10, d) és a gumiabroncs (10B. ).
A kollektív hozzáférési módszer a hordozó azonosításával és ütközésérzékelésével
Az Ethernet hálózaton minden számítógép rendelkezik azzal a képességgel, hogy egyidejűleg olyan adatokat fogadjon, amelyeket bármelyik számítógép elkezdett továbbítani a megosztott buszra. A kábel, amelyhez minden számítógép csatlakozik, a kollektív hozzáférési módban működik. Egy adott időben csak egy számítógép képes továbbítani az adatokat a megosztott buszra. Ebben az esetben a hálózatban lévő összes számítógép egyenlő hozzáférési jogokkal rendelkezik a környezet számára. A számítógépek közös buszhoz való hozzáférésének megteremtéséhez a kollektív hozzáférési módot a hordozóazonosítóval és ütközésfelderítéssel (CSMA / CD) használják. Ismerjük meg ezt a módszert.
A módszer első része leírja az adatátvitel közegéhez való kollektív hozzáférés elvét.
Ha bármelyik "A" Ethernet állomás keretet szeretne küldeni a B állomásnak, először megpróbálja megállapítani, hogy egy másik állomás abban az időben semmit sem közvetít. Az Ethernet szabvány szabad vonal jelzés „csendes”, azaz a feszültség 0 V A Fast Ethernet alapfunkció egy szabad állam a környezet nem a szignálok hiányoztak a buszon, és az átruházás azt Idle-speciális karaktert. Ha a munkaállomás egy vivőjelet észlel, akkor ez a busz foglaltságának jele, és az adatátvitel késleltetett, vagyis az állomás készenléti állapotba kerül.
Abban az esetben, ha a kábel szabad, az állomás azonnal elindítja az átvitelt. Képkockára átvitel befejeződött, az összes csomópont szükséges, hogy szüneteltesse, úgynevezett keretközi térköz (Inter Packet Gap, IPG). Ez szünet szükséges ahhoz, hogy a hálózati adapter az eredeti állapot, és biztosítsák az egyenlő jogok minden állomás az adattovábbítás, hogy van, hogy megakadályozza a monopolisztikus elfog egy közös autóbusz-állomás. Ha a szünet letelt, a hálózati állomások szabad környezetként határozzák meg a környezetet, és újra elindíthatják az adatátvitelt.
Az időtartam a interframe intervallum 10 megabites Ethernet 9,6 ezredmásodperc, míg egy 100 Mbit Fast Ethernet - 10-szer kisebb, azaz 0,96 ms. Az inter-frame intervallum megegyezik a 12 byte vagy 96 bit átviteléhez szükséges idővel. Ha az egy bit átviteléhez szükséges idő egy bitintervallum (bt), mint időegység, akkor az interframe intervallum 96 bt. Az időintervallumok meghatározásának ez a módja független az adatsebességtől, és gyakran használják az Ethernet szabványban.
A módszer második része leírja a megosztott átviteli környezetben felmerülő konfliktusok megoldását. Ha két állomás egyidejűleg továbbít, akkor ütközés (ütközés). Minden hálózati csomópontnak képesnek kell lennie arra, hogy felismerje az ütközést. Az ütközés felismerése az összes hálózat állomásán keresztül előfeltétele az Ethernet hálózat helyes működésének. Ha bármelyik adóállomás nem ismeri fel az ütközést, és úgy dönt, hogy az általa továbbított adatkeret helyes, akkor ez a keret elvész. Mivel az átfedés a jeleket, ha ütközés keret információkat torz lesz, és akkor kell dobni a befogadó állomás miatt a különböző ellenőrző.
A torzított információkat minden felső szintű protokoll, például szállítás vagy alkalmazás továbbítja, együttműködve a kapcsolat létrehozásával. De az üzenet továbbküldése a felső rétegű protokollok között sokkal hosszabb időintervallum alatt történik, mint az Ethernet protokoll által működtetett mikrosekundumintervallumok. Ezért, ha az ütközést nem lehet megbízhatóan felismerni az Ethernet csomópontok, ez a hálózat hasznos sávszélességének észrevehető csökkenéséhez vezet.
Annak érdekében, hogy felismerje az ütközést, minden egyes állomás a frame átvitele alatt és után figyeli a hálózatot. Az ütközés detektálása az állomás által küldött jel és a rögzített jel összehasonlításán alapul. Ha az észlelt jel különbözik a továbbítandótól, az állomás ütközésként határozza meg ezt a helyzetet.
Hagyja, hogy az első állomás, miután úgy döntött, hogy a busz szabad, elkezdi továbbítani a keretet. A második állomásig, amely távol van tőle, ez a keret nem érhető el azonnal, hanem egy bizonyos időintervallum után. Ha egy kicsit korábban a második állomás is úgy dönt, hogy a busz szabad, és elkezdi elküldeni a keretet, akkor ütközés következik be. A torzított információ a t időpontig is visszatér az első állomáshoz. Ezért az ütközést az első állomás a 2t-es időben észleli, miután a keret átvitele megkezdődött.
Ez a jellemző - a konfliktus felbontásának időpontja (a kettős forgalom alakulása) - nagy jelentőséggel bír a protokoll hatékonysága szempontjából, különösen meghatározza az Ethernet hálózat maximális átmérőjének és a koncentrátorok számának korlátozását a jelátadási útvonalon.
Az ütközés felderítése a keret átvitelének vége előtt történik. Ebből egy egyszerű kapcsolat érhető el a Tmin minimális hosszúságú keret átviteléhez szükséges idő és a hálózat terjedési késleltetése között:
Tmin ≥ 2 t, ahol t a jel propagálási ideje az Ethernet hálózaton keresztül. (1)
Az ütközés után az állomás, amely észlelte a szünetet, ezután a következő kísérletet tesz a keret továbbítására. szünet # 916; t az ütközés után véletlenszerű és a következő szabály szerint van kiválasztva:
1. # 932; - a késleltetési intervallum 512 bt, amely 100 Mbps sebességgel 5,12 μs lesz.
2. L egy egész véletlen szám a [0; Nl].
3. N a keret átvitelének újrapróbálása.
Az első kísérlet után egy szünet eltűnik, vagy egy vagy két késleltetési intervallumot tartalmaz. A második kísérlet után a szünet vagy hiányozhat, vagy egyenlő lehet egy, kettő, három vagy négy késleltetési idővel stb. A 10. kísérlet után a szünet kiválasztása nem növekszik. Így a frame átvitel tizedik kísérlete után a véletlen szünet 0 és 1024 * 512 bt = 524288 bt közötti értéket vehet fel. Az Ethernet és a Fast Ethernet esetében ez megfelel 0 és 52,4 ms közötti időtartamnak és 5,24 ms-nak.
Az adó csak 16 egymást követő kísérletet tesz a keret továbbítására. 16 ütközés után a vezérlő megtagadja a keret küldésének további kísérletét, és ezt a számítógépnek továbbítja. A helyzet orvoslására irányuló minden további intézkedést magas szintű jegyzőkönyvekkel kell végrehajtani.
Az ilyen algoritmus lehetővé teszi az ütközések megoldását, ha kevés egymásnak ellentmondó állomás van, és elfogadható időben is kiküszöböli azokat, amikor sok állomás egyszerre próbál továbbítani.