Материал: 840

10

Кадр LLC вкладывается в кадр уровня MAC (кадр Ethernet, Token Ring, FDDI и т.д.), кадр LLC содержит поле данных и заголовок, который состоит из трех полей:

адрес точки входа службы назначения (Destination Service Access Point, DSAP);

адрес точки входа службы источника (Source Service Access Point, SSAP);

управляющее поле (Control).

Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов вышележащих протоколов. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Адресные поля DSAP и SSAP занимают по 1 байту. Они позволяют указать, какая служба верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра.

Поле управления имеет различную структуру для различных режимов LLC1 (1 байт) и LLC2, LLC3 — (2 байта), оно описывает параметры установления соединения, передает положительные и/или отрицательные квитанции, размер и границы скользящего окна и информацию о скорости передачи и о готовности приемника/передатчика.

Используя поле управления, протокол LLC с помощью управляющих кадров имеет возможность регулировать поток данных, поступающих от узлов сети. Это особенно важно для коммутируемых сетей, в которых нет разделяемой среды, автоматически тормозящей работу передатчика при высокой загрузке сети.

5.3 Доступ к среде передачи. Уровень МАС

Локальная вычислительная сеть включает единицы-десятки, реже сотни компьютеров, объединяемых средой передачи данных, общей для всех узлов. Одна из типичных сред передачи данных в ЛВС — отрезок (сегмент) коаксиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы (станции данных), которыми могут быть компьютеры и разделяемое узлами периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов по-

11

являются асинхронно, то возникает проблема обеспечения доступа к сети. Эти вопросы решаются на канальном уровне OSI, вернее, в его подуровне MAC.

Доступом к сети называют взаимодействие узла сети со средой передачи данных для обмена информацией. Управление доступом к среде — это установление последовательности, в которой узлы получают полномочия по доступу к среде передачи данных. Главной особенностью той или иной реализации канального уровня (MAC) является метод доступа к среде передачи. Методы доступа могут быть случайными или детерминированными.

Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD

Основным используемым методом случайного доступа является метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (столкновений, коллизий) — Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD).

Этот метод основан на контроле (прослушивании) несущей и устранении конфликтов, возникающих из-за попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями. Устранение столкновений осуществляется посредством прекращения передачи конфликтующими узлами и повторением попыток захвата линии каждым из этих узлов через некоторый случайный отрезок времени (см. рис. 5.3).

Данный метод доступа используется только в сетях с общей средой передачи данных — это шинная или звездообразная топология в кабельных линиях, либо общий частотный диапазон радиоэфира. Все компьютеры такой сети имеют возможность передавать и/или принимать данные в общей среде передачи. Говорят, что станции работают в режиме коллективного доступа

(multiply-access, MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения (MAC-адрес, зашитый в ПЗУ каждого сетевого адаптера). Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра,

12

записывает его содержимое в свой внутренний буфер и обрабатывает полученные данные.

Все узлы, имеющие данные для передачи по сети, контролируют состояние линии передачи данных. Прежде чем начать передачу станция некоторое короткое время прослушивает среду

(CS — Carrier Sense, прослушивание несущей). Если линия сво-

бодна, то в ней отсутствуют электрические колебания (для Ethernet — частоты 10 МГц) и станция, начинает передачу сигнала. Любая другая станция при обнаружении электрических колебаний в линии откладывает посылку своего пакета до момента окончания ведущейся передачи.

начало

подготовить кадр для передачи

Рис. 5.3 — МАС уровень. Упрощенный алгоритм доступа к среде

После окончания передачи по кабелю станция должна выждать небольшую дополнительную паузу, называемую межкадровым интервалом (interframe gap), что позволяет узлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начать передачу следующего кадра. Все станции, при обнаружении колебаний в линии воспринимают их как передачу пакета и пытаются

13

принимать и распознавать информацию. Приняв заголовок передаваемого кадра, все активные устройства сети определяют MACадрес станции назначения и, в зависимости от этого, загружают пакет целиком в свой буфер или прекращают прием пакета.

Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров смешивается в общей среде передачи, что приводит к искажению информации. Конфликты (столкновения, коллизии) возникают,

когда два или большее число узлов одновременно пытаются захватить линию. Понятие одновременность событий в связи с конечной скоростью распространения сигналов по линии конкретизируется как распределение событий по времени не более чем на величину 2d, называемую окном столкновений, где d — время прохождения сигналов между конфликтующими станциями. Если какие-либо узлы начали передачу в окне столкновений, то наложение сигналов этих узлов друг на друга приводит к распространению по сети искаженных данных, это искажение и использует-

ся для обнаружения конфликта (CD — Collision detection).

Обнаружив коллизию, передающая станция (только она может определить, что пакет передается неверно, и информация перемешалась) вместо остатка пакета начинает передавать случайную помеху (JAM) продолжительностью 32—48 бит. Это проделывается для того, чтобы коллизия продолжалась достаточно долго и все передающие (и принимающие) станции ее обнаружили и прекратили передачу (прием). После завершения передачи JAM-помехи станция прекращает передачу на время случайное время td — задержку. Инициализация генератора случайных чисел происходит при запуске сетевой карты, и в ней участвует уникальный сетевой адрес адаптера.

В случае повторных коллизий существует максимально возможное число попыток повторной передачи кадра (attempt limit), которое равно 16, при достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня. В случае нескольких коллизий подряд происходит перезапуск с перезагрузкой генератора случайных чисел. Время паузы после n-ой коллизии полагается равным

14

случайному целому числу из диапазона [0, 2n]. Так величина диапазона растет до 10 попытки (напомним, что их не может быть больше 16), а далее диапазон остается равным [0, 1024]. Такое временное расписание длительности паузы называется усе-

ченным двоичным экспоненциальным алгоритмом отсрочки

(truncated binary exponential back off). Пауза всегда составляет целое число интервалов отсрочки.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров.

Таким образом, первый источник потерь времени а, следовательно, и снижение пропускной способности сети — это время на обнаружение несущей. В случае столкновения, второй источник — это передача помехи и вынужденный простой на случайный период времени, а третий — это время, затраченное на передачу испорченного пакета. Поскольку количество столкновений растет с увеличением нагрузки, то наступает момент, когда все полезное время уходит на вышеперечисленные потери. В результате пропускная способность падает до нуля (см. рис. 5.4). При больших входных загрузках из-за коллизий сначала наступает насыщение, а затем и резкий спад пропускной способности (Ethernet collapse). Это свойство сетей с CSMA/CD дает определенные преимущества сетям с маркерным доступом: Token Ring, FDDI и др., где пропускная способность не бывает нулевой.

Пропускная Способность [Мбит/с]

Нагрузка

А

Рис. 5.4 — Зависимость пропускной способности сети со схемой доступа CSMA/CD от суммарной загрузки