Методы доступа к каналу передачи

Типичная среда передачи данных в ЛВС – отрезок (сегмент) коаксиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала подключаются узлы – компьютеры и, возможно, общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены в узлах появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети. Для доступа к шине должен быть определен ясный и понятный протокол. Существуют два метода упорядоченного доступа: централизованный и децентрализованный.

В случае централизованного контроля доступа к шине в сети выделяется узел с правами «мастера». Он назначает, а также отслеживает порядок и время доступа к шине для всех других участников. При отказе «мастера» циклы обмена по шине останавливаются, что является существенным недостатком этого метода доступа.

В случае децентрализованного контроля функции мастера переходят от одного участника (узла сети) к другому. В мире приняты и используются две модели децентрализованного доступа:

· модель CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access/Collision detection) с контролем несущей, как стандарт IEEE 802.3;

· модель с передачей маркера, как стандарт IEEE 802.4.

Метод CSMA/CD получил широкое распространение в офисных системах и наиболее эффективен в условиях относительно низкой общей загрузки канала (менее 30%). CSMA/CD является широковещательным (broadcasting) методом. Наиболее широко известная реализация этого метода – спецификация Ethernet.

По методу CSMA/CD все станции на шине имеют право передавать данные. Каждая из них постоянно прослушивает шину (анализирует наличие электрических колебаний). Если шина свободна, любой из участников сети может занять шину под свой цикл передач. В том случае, когда несколько станций претендуют на шину одновременно, это приводит к так называемому конфликту (коллизии).

Конфликтом называют ситуацию, при которой две или более станции «одновременно» пытаются захватить линию. Понятие «одновременность событий» связано с конечностью скорости распространения сигналов по линии. Оно конкретизируется как величина 2d, где d – время прохождения сигналов по линии между конфликтующими станциями. Эта величина называется окном столкновений. Если какие-либо станции начали передачу в окне столкновений, то по сети распространяются искаженные данные. Это искажение и используют для обнаружения конфликта либо сравнением в передатчике данных, передаваемых в линию (неискаженных) и получаемых из нее (искаженных), либо по появлению постоянной составляющей напряжения в линии, что обусловлено искажением используемого для представления данных манчестерского кода.

Обнаружив конфликт, станция должна оповестить об этом партнера по конфликту, послав дополнительный сигнал затора, после чего все станции должны отложить попытки выхода в линию на время . Очевидно, что значения должны быть различными для станций, участвующих в столкновении (конфликте), поэтому – случайная величина.

Процесс выхода из коллизии заключается в том, что каждый из участников включает некий случайный генератор, который задает случайный интервал ожидания до следующего момента запроса шины.

В условиях большей загрузки канала выгоднее использовать сети, реализующие модель с передачей маркера. Порядок передачи маркера зависит от прикладной задачи и определяется на стадии планирования системы. Метод предлагает каждому участнику сети «справедливое» разделение шинных ресурсов в соответствии с их запросами. Принцип передачи маркера используется в системах, где реакция на события, возникающие в распределенной системе, должна проявляться за определенное время.

Применяется ряд разновидностей маркерных методов доступа. Например, в эстафетном методе передача маркера выполняется в порядке очередности; в способе селекторного опроса (квантированной передачи) сервер опрашивает станции и передает полномочие одной из тех станций, которые готовы к передаче. В кольцевых одноранговых сетях широко применяют тактируемый маркерный доступ, при котором маркер циркулирует по кольцу и используется станциями для передачи своих данных.

На контроллерном уровне (field level), а также на уровне датчиков и исполнительных механизмов (sensor/actuator level) применяется метод MASTER-SLAVE. Право инициировать циклы чтения/записи на шине имеет только MASTER-узел. Он адресует каждого пассивного участника (SLAVE node), обеспечивает их данными и запрашивает у них данные.
Для увеличения пропускной способности шины, команды протокола должны быть как можно проще. В рамках протокола решаются такие задачи, как защита данных, обнаружение ошибок при передаче, восстановление данных. На скорость и объем передаваемой информации естественным образом влияет среда передачи.