Технологии доступа

Для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании общей среды передачи данных.

Использование разделяемых сред позволяет упростить логику передачи данных. Недостаток – плохая масштабируемость.

Локальные сети, являясь пакетными сетями, используют принцип временного мультиплексирования, т.е. разделяют передающую среду во времени.

Алгоритм управления доступом к среде является одной из важнейших характеристик технологий локальной сети.

Технология Ethernet

Основная среда – коаксиальный кабель.

На уровне MAC, который обеспечивает доступ к среде и передачу кадра, для идентификации сетевых интерфейсов узлов сети используются регламентированные уникальные шестибайтовые адреса – MAC-адреса (каждый сетевой адаптер имеет, по крайней мере, один MAC-адрес). Обычно он записывается в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделенных тире или двоеточием, например: 11-AO-17-3D-BC-01.

Помимо отдельных интерфейсов MAC-адрес может определять группу интерфейсов или даже все интерфейсы сети. Первый бит старшего байта адреса назначения – признак того, является адрес индивидуальным или групповым. Если этот бит = 0, то адрес индивидуальный, т.е. идентифицирует один сетевой интерфейс. Если =1 – групповым. Групповой адрес связан только с интерфейсами, сконфигурируемым как члены группы, номер которой указан в групповом адресе. Если сетевой интерфейс включен в группу, то наряду с уникальным MAC-адресом ассоциируется также групповой адрес. Второй бит старшего байта определяет способ назначения адреса. Если бит=0, то централизованный, если = 1 – локальный. В три старших байта адреса производитель помещает выданный идентификатор. За уникальность младших трех байтов адреса отвечает производитель оборудования.

Сетевые адаптеры Ethernet могут работать в режиме неразборчивого захвата, т.е. сетевые адаптеры захватывают все кадры, поступающие на интерфейс независимо от их MAC-адресов назначения (используется в случае мониторинга адреса).

Формат кадра

6 байт	6 байт	2 байта	46-1500 байт	4 байта
DA	SA	T	Данные	FCS
Адрес узла назначения	Адрес узла отправителя	Условный код протокола верхнего уровня. Требуется для поддержки интерфейсных функций мультиплексирования и демультиплексирования кадров при взаимодействии с протоколами верхних уровней	Данные, которые передаются	Поле контроля последовательности кадра

Доступ к среде и передача данных в технологии Ethernet

Метод доступа в сетях Ethernet на разделяемой проводной среде носит название CSMA/CD.

Все компьютеры в сети на разделяемой среде имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать в общую среду В таком случае говорят, что среда, к которой подключены все станции, работают в режиме коллективного доступа. Чтобы получить возможность передавать кадр, интерфейс отправитель должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигналов или несущей частоты. Признаком «незанятости» среды является отсутствие на ней несущей частоты. Если среда свободна, то узел готов к передаче данных. Все станции, подключенные к кабелю, начинают записывать байты передаваемого кадра в свои встроенные буферы. Та станция, которая узнает свой адрес в заголовке кадра, продолжает записывать в его содержимое свой буфер. А остальные станции прием кадра прекращает. Станция назначения обрабатывает полученные данные и передает их вверх по своему стеку. Кадр Ethernet содержит не только адрес назначения, но и адрес источника, поэтому станция получатель знает, кому нужно послать ответ. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу, которая занимает 9,6 мкс и которая нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной из станций. После окончания паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, т.к. среда свободна.

Механизм прослушивания среды и паузы между кадрами не гарантируют исключения ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна. Говорят, что при этом происходит коллизия, т.к. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу одновременно. Чтобы корректно обработать коллизию все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется факт обнаружения коллизий. Для повышения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаруживает коллизию, прерывает передачу своего кадра и отправляет в сеть специальную последовательность из 32 бит, называемую JAM-последовательностью. После этого передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу.

Token Ring и FDDI

Основная среда передачи данных – витая пара. Для адресации станции используются MAC-адреса того же формата, что и Ethernet. Метод доступа Token Ring основан на передачи от узла к узлу специального токена (маркера доступа), при этом только узел, владеющий токеном, может передавать данные в кольцо. Существует лимит на период монопольного использования среды – время удержания токена, по истечении которого станция обязана передать токен своему соседу.

В технологии FDDI применяется двойное кольцо с целью обеспечения отказоустойчивости.