Csma/cd и стандарт ieee 802.3

Как уже было сказано, наиболее известным механизмом управления локальной сетью шинной конфигурации является метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Метод CSMA/CD является неприоритетным методом управления с контролем несущей (и коллизиями). При разработке системы Ethernet были частично использованы принципы работы системы ALOHA (применяется в спутниковых коммуникациях). Спецификация CSMA/CD Ethernet базируется на концепции уровневых протоколов. На рис. 2 показаны уровни, которые имеются в CSMA/CD.

Уровень пользователя обслуживается двумя уровнями CSMA/CD, а именно уровнем звена данных (канальным уровнем) и физическим уровнем. Каждый из двух самых нижних уровней состоит из двух различных объектов. Уровень звена данных фактически содержит алгоритмы, управляющие работой сети CSMA/CD. Они не зависят от среды, следовательно, сеть может быть широкополосной или однополосной; это безразлично с точки зрения управления звеном данных. Стандарт IEEE 802 включает как широкополосный, так и однополос­ный варианты.

Рис. 2. Уровни ISO в ЛВС с методом доступа CSMA/CD

Уровень звена данных состоит из логического объекта, осуществляющего блокирование/деблокирование данных и ло­гического объекта административного управления доступом к среде передачи/приема. (В спецификации Ethernet логический объект управления доступом к среде называется логическим объектом управления звеном). Основные функции этих объек­тов таковы:

Блокирование/деблокирование данных:

- формирует кадр CSMA/CD (кадр MAC); включает адрес отправителя и адрес назначения (получателя); вычисляет поле обнаружения ошибок в передающем узле и ис­пользует это поле для вычисления в принимающем узле призна­ка (индикатора) обнаружения ошибок.

Управление доступом к среде:

- передает кадр в физический уровень и принимает кадр из физического уровня;

- помещает кадр в буфер;

- обеспечивает устранение коллизий (передающая сторона);

- обеспечивает обработку коллизий (передающая сторона).

Физический уровень зависит от типа передающей среды. Он отвечает за такие услуги, как ввод электрических сигналов в канал, обеспечение синхронизации работы канала, кодирование и декодирование данных. Подобно уровню звена данных, физи­ческий уровень состоит из двух основных логических объектов: логического объекта кодирования/декодирования и доступа к каналу приема/передачи (хотя в документах стандарта IEEE 802.3 эти два логических объекта объединены). Основными функциями этих объектов являются:

Кодирование/декодирование данных:

- формирует сигналы для синхронизации станций, подклю­ченных к каналу (такой сигнал синхронизации называется пре­амбулой);

- кодирует поток двоичных данных в самосинхронизирую­щийся код в передающем узле и декодирует манчестерский код обратно в двоичный код в при­нимающем узле.

Манчестерский код (рис. 3) обеспечивает изменение состояния сигнала при представлении каждого бита. Следовательно, это хороший синхронизирующий код. Однако он требует удвоенной скорости для передачи заданного количества битов.

Рис. 3. Манчестерский код

Манчестерский код обычно используется в технике записи на магнитную ленту, оптоволо­конных каналах, коаксиальных линиях и локальных сетях.

Доступ к каналу:

- вводит физический сигнал в канал на передающей сторо­не и получает сигнал на принимающей стороне интерфейса;

- контролирует несущую в канале как на передающей, так и на принимающей стороне (что означает, что канал занят);

- обнаруживает коллизию в канале на передающей стороне (указывая, что произошло наложение двух сигналов).

В сети CSMA/CD каждая станция имеет как передающую, так и принимающую сторону для обеспечения входящего/исхо­дящего потока данных. Передающая сторона вызывается, когда пользователь желает передать данные другому ООД в сети; принимающая сторона вызывается, когда данные передаются в кабель станциям, подключенным к сети.

Логический объект передающей стороны, выполняющий фун­кции блокирования данных, принимает пользовательские дан­ные и формирует кадр MAC. Он добавляет к данным поле кон­трольной последовательности кадра и передает кадр управлению доступом к среде, которое помещает и хранит кадр в буфере до тех пор, пока не освободится канал. Канал считается свобод­ным, когда произведен сброс сигнала контроля несущей, инди­цируемого логическому объекту доступа к каналу (на передаю­щей стороне) в физическом уровне. После небольшой задержки управление доступом к среде передает кадр физическому уровню.

На физическом уровне передающей стороны при выполнении функции кодирования данных производится передача сигнала синхронизации (преамбулы). Кроме того, производится манче­стерское кодирование потока двоичных данных. Сигнал синхро­низации передается затем передающей стороне доступа к кана­лу, которая вводит сигнал в канал.

Кадр CSMA/CD (MAC) передается всем станциям, подключенным к каналу. Сигнал распространяется от узла-источника к другим узлам в обоих направлениях. Принимающая станция контролирует преамбулу, синхронизируется с сигналом и устанавливает сигнал контроля несущей. Далее на принимающей стороне доступа к каналу сигнал поступает на декодирование. Объект декодирования данных переводит манчестерский код обратно в двоичную последовательность данных и передает кадр управлению доступом к среде.

Подобно своему партнеру на передающей стороне, управле­ние доступом к среде хранит кадр в буфере до тех пор, пока не будет произведен сброс сигнала контроля несущей, индицируе­мого логическому объекту доступа к каналу на принимающей стороне. Сброс сигнала контроля несущей означает, что приняты все биты. Управление доступом к среде может теперь передать данные для их деблокирования. При деблокировании данных производится контроль ошибок, которые могли возникнуть в процессе передачи. Если ошибок не было, производится проверка адресного поля, чтобы определить правильность адресации кадра при передаче данному узлу. Если адрес правильный, логи­ческий объект деблокирования данных передает кадр уровню пользователя вместе с адресом назначения (DA), адресом отправителя (SA) и, конечно, блоком данных LLC.

Различия между сетями Ethernet и IEEE 802.3 незначительны. Ethernet обеспечивает связь, соответствующую уровням 1 и 2 эталонной модели OSI, в то время как IEEE 802.3 обеспечивает физический уровень 1 и только часть канального уровня 2, определяя доступ к каналу, но не логический протокол его контроля. Оба протокола (Ethernet и IEEE 802.3) реализованы аппаратно. Выполняются они типично - либо в виде карты, либо на самой системной плате.

Больше всего протокол Ethernet похож на 10Base5 стандарта IEEE 802.3. Оба эти протокола используют конфигурацию типа "шина" с соединительным кабелем между конечными станциями и непосредственно сетевым оборудованием. В Ethernet такой кабель называется кабелем приемопередатчика. Он связан с приемопередатчиком, который соединен с физическим сетевым оборудованием (сегментом). Конфигурация IEEE 802.3 в общем такая же, но соединительный кабель называется интерфейсом блока доступа (AUI - attachment unit interface), а передатчик - блоком доступа к среде (MAU - medium attachment unit). В обоих случаях соединительный кабель подключается к интерфейсной плате (или устройству) внутри конечной станции.