13. Подуровень управления доступом к среде. Проблема распределения канала. Протоколы с ограниченной конкуренцией

Главной проблемой любых широковещательных сетей является вопрос о том, как определить, кому предоставить канал, если пользоваться им одновременно хотят несколько компьютеров. Протоколы, применяющиеся для определения очередности предоставления канала относятся к подуровню передачи данных, называемому управление доступом к среде (MAC). Этот подуровень особенно важен в локальных сетях, так как почти все они используют канал множественного доступа. Центральная проблема – распределение одного широковещательного канала между многочисленными пользователями, претендующими на него.

Вероятность получения доступа к каналу для какой-либо станции можно увеличить, снизив конкуренцию за канал. Этим занимаются протоколы с ограниченной конкуренцией. Они сначала делят все станции на группы (необязательно непересекающиеся). Состязаться за интервал 0 разрешается только членам группы 0. Если кто-то из них выигрывает, он получает канал и передает по нему кадр. Если никто из них не хочет передавать или происходит столкновение, члены группы 1 состязаются за интервал 1, и т. д. При соответствующем разбиении на группы конкуренция за каждый интервал времени уменьшается, что увеличивает вероятность его успешного использования. Вопрос в том, как разбивать станции на группы. В одном из крайних случаев в каждой группе будет по одной станции. Такое разбиение гарантирует полное отсутствие конфликтов (например, протокол с двоичным обратным отсчетом). Другим предельным случаем будет одна группа, в которую войдут все станции (то есть дискретная система ALOHA).

Одним из простых способов динамического разбиения на группы является протокол адаптивного прохода по дереву. В первом временном интервале состязания за право передачи участвуют все станции. Если кому-нибудь это удается, то на этом работа алгоритма заканчивается. Если же происходит столкновение, то ко второму этапу состязаний допускается только половина станций. Если одна из станций успешно захватывает канал, то следующее состязание устраивается для второй половины станций. Если снова происходит конфликт, то к следующему интервалу времени среди состязающихся остается уже четверть станций. Если количество станций, претендующих на передачу, равно нулю или единице, поиск в данной части дерева прекращается.

14. Подуровень управления доступом к среде. Проблема распределения канала. Статическое распределение канала

Главной проблемой любых широковещательных сетей является вопрос о том, как определить, кому предоставить канал, если пользоваться им одновременно хотят несколько компьютеров. Протоколы, применяющиеся для определения очередности предоставления канала относятся к подуровню передачи данных, называемому управление доступом к среде (MAC). Этот подуровень особенно важен в локальных сетях, так как почти все они используют канал множественного доступа. Центральная проблема – распределение одного широковещательного канала между многочисленными пользователями, претендующими на него.

Традиционным способом распределения одного канала — например, телефонного кабеля — между многочисленными конкурирующими пользователями является FDM (Frequency Division Multiplexing — частотное уплотнение). При наличии N пользователей полоса пропускания делится на N диапазонов одинаковой ширины, и каждому пользователю предоставляется один из них. Поскольку при такой схеме у каждого оказывается свой личный частотный диапазон, то конфликта между пользователями не возникает. При небольшом количестве абонентов, каждому из которых требуется постоянная линия связи (например, коммутаторы операторов связи), частотное уплотнение предоставляет простой и эффективный механизм распределения.

Однако при большом и постоянно меняющемся количестве отправителей данных или пульсирующем трафике частотное уплотнение не может обеспечить достаточно эффективное распределение канала. Если количество пользователей в какой-либо момент времени меньше числа диапазонов, на которые разделен спектр частот, то большая часть спектра не используется и тратится попусту. Если, наоборот, количество пользователей окажется больше числа доступных диапазонов, то некоторым придется отказать в доступе к каналу, даже если абоненты, уже захватившие его, почти не будут использовать пропускную способность.

Однако даже если предположить, что количество пользователей можно каким-то способом удерживать на постоянном уровне, то разделение канала на статические подканалы все равно является неэффективным. Основная проблема здесь состоит в том, что если какая-то часть пользователей не пользуется каналом, то эта часть спектра просто пропадает. Они сами при этом занимают линию, не передавая ничего, и другим не дают передать данные. Кроме того, в большинстве компьютерных систем трафик является чрезвычайно неравномерным(вполне обычным является отношение пикового трафика к среднему как 1000:1). Следовательно, большую часть времени большая часть каналов не будет использоваться.

Те же самые аргументы применимы и к временному уплотнению (TDM, Time Division Multiplexing — мультиплексная передача с временным разделением). Каждому пользователю в данном случае статически выделяется ЛГ-й интервал времени. Если интервал не используется абонентом, то он просто пропадает. С тем же успехом можно разделить сети физически. Если взять 100-мегабитную сеть и сделать из нее десять 10-мегабитных, статически распределив по ним пользователей, то в результате средняя задержка возрастет с 200 мкс до 2 мс.

Таким образом, ни один статический метод распределения каналов не годится для пульсирующего трафика