Схемы с маркерами

Опрос

Схемы с резервированием

Более эффективное использование среды передачи обеспечивают схемы с резервированием, потому что при этом доступ становится управляемым и столкновений не происходит. Их можно разделить на системы с опросом, ис­пользующие центральное устройство управления, и распределенные системы.

В схеме с опросом за разрешение доступа к разделяемой среде отвечает цен­тральный контроллер. Он направляет хост-узлам специальные сообщения, раз­решающие им использовать среду в течение определенного периода времени. Пример: технология 100VG-AnyLAN.

Самый простой метод — схема циклического опроса, когда контроллер входит в контакт с каждым опрашиваемым хост-узлом и приглашает его передавать свои данные. Когда тот заканчивает передачу, центральный контроллер опра­шивает следующий хост-узел. В расширенной методике время передачи хост-узла ограничено, так что каждый узел получает хороший шанс для передачи. Существенное преимущество схемы с центральным управлением состоит в том, что у хост-узлов появляется возможность сообщать центральному кон­троллеру об имеющемся у них трафике, который часто измеряется в терми­нах наполнения их локальных очередей, но это можно, например, сделать также на основе приоритета или скорости поступления трафика. Отсюда сле­дует, что центральный контроллер имеет глобальное представление о состоя­нии системы, намного превосходящее более ограниченное представление о состоянии хост-узлов, и поэтому может располагать доступом к соответст­вующим хост-узлам по приоритетам. В примере на рис. 1.12 а очередь хост-узла С почти полна, и контроллер назначает ему высокий приоритет передач (рис. 1.12. б). Так как контроллер обладает знаниями о доступе к каналу, то он может в некоторых пределах предсказывать требования хост-узлов, уменьшая тем самым необходимость сообщать ему их точное состояние. Одним из недостатков данной схемы опроса является то, что хост-узел опрашивается независимо от того, имеются ли у него данные для передачи или нет. Если ему нечего передавать, он немедленно просигнализирует об этом контроллеру, и тот будет опрашивать следующий хост-узел. Если в сети име­ется достаточно большое количество хост-узлов, которые не часто передают свою информацию, то в этом процессе наблюдаются значительные издержки. Обойти эти проблемы позволяют так называемые гибридные схемы, исполь­зующие в определенные "установочные" периоды времени схему с состяза­ниями, а все остальное время — схему с опросом.

Рис. 1.12. Схема опроса, базирующегося на приоритетах

В гибридных схемах вместо опроса всех хост-узлов контроллер хранит список опроса активных узлов и опрашивает только узлы из этого списка. В устано­вочные периоды хост-узлы используют схему с состязаниями для того, чтобы информировать контроллер о том, что они имеют информацию для передачи. Контроллер будет помещать информировавшие его узлы в список опроса и Управлять их передачами вне установочных периодов (по схеме с опросом). Когда хост-узлы заканчивают передачу, они удаляются из списка опроса.

Схемы с маркерами позволяют организовать опрос в распределенной манере, так что никакого центрального контроллера не требуется, хотя на практике один из узлов должен первоначально сгенерировать специальный кадр — маркер — и затем постоянно проверять, распространяется ли он по сети. Маркер в такой схеме передается от узла к узлу. Обладание маркером дает разрешение на передачу данных. Чтобы гарантировать успешный доступ, отрезок времени, в течение которого узел может хранить маркер и передавать свои данные, ограничивается. Когда достигается конец этого интервала или узлу с маркером нечего передавать, он пересылает маркер на следующий узел. Этот процесс продолжается в цикле или логическом кольце до тех пор, пока все узлы не получат шанс принять маркер и передать данные, после чего цикл повторяется.

Существует много разновидностей схем с маркером, однако типичным пред­ставителем такой схемы является МАС-стандарт IEEE 802.5 "Маркерное кольцо" (Token Ring). Маркер в этой системе формируется из пустого ин­формационного кадра. Если данные для передачи отсутствуют, то маркер (или пустой кадр) передается от узла к узлу. Когда у узла есть что переда­вать, он ждет маркерный кадр, вставляет в него данные, которые он должен передать, а также адрес пункта назначения (и свой собственный адрес — в качестве адреса источника), и посылает его в сеть. Приняв информационный кадр, каждый узел проверяет его, чтобы узнать, не является ли адрес пункта назначения его собственным адресом. Если нет, то кадр пересылается дальше без изменения. Когда достигается адрес узла назначения, тот извлекает ин­формацию из кадра, заменяет его данные подтверждением приема и направляет его назад в кольцо для отправки к источнику. Получив этот кадр, узел источника извлекает подтверждение (получив, таким образом, подтвер­ждение приема отправленных адресату данных) и пересылает пустой кадр назад в кольцо к следующему узлу. Это означает, что каждый узел может пе­редавать свои данные только один раз, когда он владеет маркером. Если все узлы имеют какие-то данные для передачи, то они будут циклически пере­мещаться вокруг кольца от терминала к терминалу.

В качестве примера рассмотрим цепочку событий в системе, показанной на рис. где узел А хочет послать данные узлу С. Узел А ждет свободный маркер (рис. 1.13. а).

Получив его, он заполняет его своими данными, устанав­ливает флажок занятости маркера и направляет этот кадр по кольцу к узлу С (рис.1.13. б). Узел С принимает кадр, устанавливает в "хвосте" кадра биты от­вета, подтверждающие прием данных от узла А, и помещает его обратно в кольцо для отправки к узлу А (рис. 1.13. в). Узел А принимает кадр, подтвер­ждающий получение данных, сбрасывает биты ответа и возвращает свобод­ный маркер в кольцо (рис. 1.13. г).

Другой протокол канального уровня — FDDI (Fiber Distributed Data Interface, интерфейс передачи данных по оптоволокну) — использует ту же базовую процедуру» хотя и с некоторыми различиями в деталях. Главное различие состоит в том, что под управлением FDDI узел посылает свободный маркер сразу же после того, как он послал свои данные (то есть перед тем как он примет подтвер­ждение). В больших сетях, для которых был разработан FDDI, ожидание подтверждения перед освобождением маркера было бы слишком неэффективным. При этом появляется возможность второй (и даже нескольких) пе­редач данных или их подтверждений по кольцу, но так, чтобы в любой данный момент только одна передача присутствовала в каждой отдельно части кольца.

Существенным преимуществом схем с маркерами по отношению к распреде­ленным CSMA/CD-схемам с состязаниями, является то, что, продолжая рабо­тать в распределенной манере, они могут назначать передачам различные приоритеты. Для этого в маркере выделяется специальное поле — поле при­оритета— и указывается, что использовать этот маркер могут только те службы, приоритет которых больше, чем уровень приоритета, заданный в маркере. Чтобы гарантировать передачу кадров в приоритетном порядке, не­обходимо также дополнительное поле для указания приоритета следующего передаваемого кадра. Различные маркерные схемы по-разному реализуют систему управления доступом к среде передачи, но самой типичной общей процедурой является протокол IEEE 802.5.

Когда у узла имеется кадр для передачи, он вычисляет его приоритет, причем этот приоритет, по всей вероятности, будет связан со службой, для которой Предназначены данные. Так, например, передача речи, требующая более же­стких ограничений на задержку, будет иметь более высокий приоритет, чем передача файла. В каждом маркере указывается текущий и резервный уровни приоритетов. Когда свободный маркер достигает узла, желающего передавать данные с приоритетом, равным или меньшим, чем приоритет передаваемого трафика, узел использует кадр нормальным способом. Если приоритет мар­кера больше, чем приоритет трафика, то маркер передается немедленно.

Чтобы сигнализировать, что у них имеется готовая для отправки приоритет­ная информация, узлы используют второе приоритетное поле кадра — поле резервирования (reservation field). В нем указывается так называемый резерв­ный приоритет (или приоритет резервирования). Если приоритет в поле ре­зервирования проходящего кадра оказывается ниже, чем у данных, ожидаю­щих передачи, то узел вставляет в поле резервирования передаваемого кадра приоритетный уровень этих данных. Когда владелец маркера освобождает маркер, подтверждающий прием его кадра, он сравнивает приоритет маркера с приоритетом в поле резервирования. Если приоритет резервирования ока­зывается больше, чем приоритет маркера, то приоритет маркера повышается до приоритета резервирования, что гарантирует передачу маркера по кольцу до тех пор, пока он не достигнет высокоприоритетного передатчика.

Этот приоритетный механизм работает следующим образом. Для всех поль­зователей одного приоритетного уровня кадры передач следуют друг за дру­гом в циклической последовательности, а когда все передачи на этом уровне заканчиваются, происходит переход к передачам следующего приоритетного уровня и т. д..

Любой узел, который при освобождении маркера с подтвер­ждением повышает его приоритетный уровень до уровня резервирования, отвечает также и за понижение этого уровня до его предыдущего значения. Это произойдет только тогда, когда высокоприоритетные передачи закончат­ся, и кроме того, это позволяет избежать ситуации блокировки сети с высо­коприоритетным маркером при наличии низкоприоритетного трафика, кото­рый ожидает продолжения передачи.

Пример работы маркерной схемы с приоритетами приведен на рис.1.14, где показано 6 последовательных состояний этой схемы.

В исходном состоянии (рис.1.14. а) отражена текущая ситуация, когда текущий передающий узел А посылает в кольцо кадр с параметрами P(Priority) = 0 и R(Reservation) = 0, а в узлах В и С имеются данные для передач с приоритетами 3 и 4 соответствен­но. Когда этот кадр передается узлу В, он занят трафиком данных узла А, по­тому узел В только заполняет поле резервирования кадра значением приори­тета своих данных (R = 3) и отправляет кадр дальше (рис. 1.14. б). Когда он достигнет узла С, который имеет данные более высокого приоритета, то тоже только заменяет приоритет резервирования на 4 (то есть устанавливает R = 4) (рис. 1.14.в). Когда узел А освобождает маркер с подтверждением приема своих данных, он помещает в поле приоритета значение 4 (Р=4) (рис. 1.14. г). Этот маркер снова передается в узел В, который устанавливает поле резервирования значение 3 (R = 3) (рис. 1.14. д). Получив этот маркер, узел С начинает передачу своих данных (рис. е). Когда их передача будет закончена, он выпустит в сеть свободный маркер, но вследствие того что принял маркер с приоритетным уровнем 4 (Р = 4), оставит этот приоритет том же уровне. Затем свободный маркер, циркулируя по кольцу, прибывает в узел А, который распознает (по полю Priority), что перед этим высокоприоритетный трафик и поэтому уменьшает приоритетный уровень. В обычной ситуации узел А уменьшил бы этот уровень до 0, но из-за того, что он получил свободный маркер с уровнем резервного приоритета 3 (R=3), выпустит маркер с приоритетом 3, запомнив, что он теперь поднял приоритет маркера с 0 до3, но возвратит приоритет к уровню 0 в следующий раз, когда встретится с пустым маркером приоритета 3.

У протокола FDDI другая система приоритетов, потому что его узлы передают маркеры немедленно после посылки своих данных, но результат тот же.