Уровень MAC

Основными функциями уровня MAC являются:

□ обеспечение доступа к разделяемой среде;

□ передача кадров между конечными узлами, используя функции и устройства физического уровня.

Метод случайного доступа является одним из основных методов захвата разделяемой. среды. Он основан на том, что узел, у которого^[24] есть кадр для передачи, пытается егр отпра­вить без какой бы то ни было предварительной процедуры согласования времени использо»: вания разделяемой среды с другими узлами сети,; Л_::

Метод случайного доступа является децентрализованным, он не требует наличия в сети специального узла, который играл бы роль арбитра, регулирующего дос­туп к среде. Результатом этого является высокая вероятность коллизий, то есть случаев одновременной передачи кадра несколькими станциями¹. Во время кол­лизии происходит наложение сигналов нескольких передатчиков, из-за чего ин­формация всех передаваемых на периоде коллизии кадров искажается. Посколь­ку в локальных сетях применяются достаточно простые методы кодирования, то они не позволяют выделить нужный сигнал из суммарного, как это, например, может делать технология CDMA.

Существует большое количество алгоритмов случайного доступа, которые сни­жают вероятность коллизий и тем самым повышают производительность сети. Например, существует класс алгоритмов, которые разрешают начать передачу кадров только в начале очередного временного интервала, обычно называемого слотом. Впервые такое улучшение было предложено для сети ALOHA. В этой сети метод случайного доступа разрешает узлу передавать кадр в любой момент времени без всяких предварительных условий. Синхронизация передачи кадров с началом очередного слота позволила снизить вероятность коллизий в моди­фицированном алгоритме ALOHA по сравнению с первоначальным вариантом

ALOHA в два раза, обеспечив нормальную работу сети с коэффициентом исполь­зования среды до 36 %.

Еще одним способом улучшения случайного доступа является введение проце­дуры прослушивания среды перед передачей. Узел не имеет права передавать кадр, если он обнаруживает, что среда уже занята передачей другого кадра. Это снижа­ет вероятность коллизий (хотя, как увидим позже, и не исключает их).

Алгоритмы случайного доступа не гарантируют узлу, что он получит доступ к разделяемой среде в течение определенного времени. Какое бы большое вре­мя ожидания мы ни выбрали, всегда есть ненулевая вероятность, что реальное время ожидания превысит этот предел. Алгоритмы случайного доступа также не предоставляют никаких возможностей для дифференцированной поддержки ха­рактеристик QoS для разных типов трафика — все кадры получают одинаковый уровень доступа к среде.

Детерминированный доступ — это другой популярный подход к обеспечению дрстунё; к разделяемой среде. Он получил свое название благодаря тому, что максимальное время ожидания доступа к среде всегда известен,,,, _: ^;;

Алгоритмы детерминированного доступа используют два механизма - передачу токена и опрос.

Передача токена обычно реализуется децентрализовано. Каждый компьютер, полу­чивший токен, имеет право на использование разделяемой среды в течение фик­сированного промежутка времени — времени удержания токена. В это время компьютер передает свои кадры. После истечения этого промежутка компьютер обязан передать токен другому компьютеру. Таким образом, если мы знаем ко­личество компьютеров в сети, то максимальное время ожидания доступа равно произведению времени удержания токена на это число. Время ожидания может быть и меньше, поскольку, если компьютер, получивший токен, не имеет кадров для передачи, то он передает его следующему компьютеру, не дожидаясь исте­чения времени удержания. Последовательность передачи токена от компьютера к компьютеру может определяться разными способами. В сетях Token Ring и FDDI она определяется топологией связей. Компьютер в кольце получает токен от предыдущего соседа, а передает токен следующему. Алгоритм передачи токе­на можно реализовать не только в кольце. Например, в прекратившей свое суще­ствование технологии ArcNet использовался общий коаксиальный кабель для физического подключения компьютеров, а в качестве метода доступа — передача токена. При этом токен передавался между компьютерами в заранее определен­ной последовательности, не зависящей от мест подключения компьютеров к ка­белю.

Алгоритмы опроса чаще всего основаны на централизованной схеме. В сети су­ществует выделенный узел, который играет роль арбитра в споре узлов за разде­ляемую среду. Арбитр периодически опрашивает остальные узлы сети, есть ли у них кадры для передачи. Собрав заявки на передачу, арбитр решает, какому узлу он предоставит право использования разделяемой среды. Затем он сообщает свое решение выбранному узлу, и тот передает свой кадр, захватывая разделяемую среду. После завершения передачи кадра фаза опроса повторяется.

Алгоритм опроса может быть также децентрализованным. В этом случае все узлы должны предварительно сообщить друг другу с помощью разделяемой среды свои потребности в передаче кадров. Затем на основе этой информации и в соот­ветствии с определенным критерием каждый из узлов, желающих передать кадр, независимо от других узлов определяет свою очередь в последовательности пе­редач.

Алгоритмы детерминированного доступа отличаются от алгоритмов случайного доступа тем, что они более эффективно работают при большой загрузке сети, ко­гда коэффициент использования приближается к единице. В то же время при небольшой загрузке сети более эффективными являются алгоритмы случайного доступа, так как они позволяют передать кадр немедленно, не тратя время на процедуры определения права доступа к среде.

Достоинство детерминированных методов доступа также заключается в том, что они могут приоритезировать трафик, а значит, поддерживать требования QoS.

Транспортировка кадров осуществляется уровнем MAC в несколько Этапов, которые в об­щем случае не зависят от выбранного метода доступа,;

1. Формирование кадра. На этом этапе осуществляется заполнение полей кадра на основании информации, получаемой от протокола верхнего уровня, такой как адреса источника и назначения, пользовательские данные, признак прото­кола верхнего уровня, отсылающего эти данные. После того как кадр сформи­рован, уровень MAC подсчитывает контрольную сумму кадра и помещает ее в соответствующее поле.

2. Передача кадра через среду. Когда кадр сформирован и доступ к разделяемой среде получен, уровень MAC передает кадр на физический уровень, который побитно передает все поля кадра в среду. Функции физического уровня вы­полняет передатчик сетевого адаптера, который преобразует байты кадра в последовательность битов и кодирует их соответствующими электрическими или оптическими сигналами. После прохождения сигналов по среде они по­ступают в приемники сетевых адаптеров, подключенных к разделяемой среде, которые выполняют обратное преобразование сигналов в байты кадра.

3. Прием кадра. Уровень MAC каждого узла сети, подключенного к разделяе­мой среде, проверяет адрес назначения поступившего кадра, и если он совпа­дает с его собственным адресом, то продолжает его обработку, в противном случае кадр отбрасывается. Продолжение обработки заключается в проверке корректности контрольной суммы кадра. Кадр с корректной контрольной сум­мой передается уровнем MAC вверх по стеку, на чем функции уровня MAC заканчиваются. Если же контрольная сумма кадра говорит о том, что инфор­мация при передаче через среду была искажена, то кадр отбрасывается.

Из этого описания следует, что Ethernet реализует дейтаграммный полудуп­лексный режим передачи данных.