ЗНАЙТЕ INTUIT, Лекция, Ethernet мрежови алгоритми

Тази глава предлага да се разгледат подробно двата основни алгоритъма, използвани в най-разпространената мрежа Ethernet / Fast Ethernet днес. Говорим за метода за контрол на обмена (достъп) CSMA / CD и метода за изчисляване на цикличната контролна сума (цикличен код за коригиране на шума) на CRC пакета.

Същите тези алгоритми се използват в много други локални мрежи. Например, методът за достъп CSMA / CD се използва в мрежите IBM PC Network, AT & T Starlan, Corvus Omninet, PC Net, G-Net и т.н. Следователно всичко, представено в тази глава, се отнася за много локални мрежи.

CSMA/CD метод за контрол на обмена

Както вече беше споменато в глава 3, методът за контрол на обмена CSMA / CD (Carrier - Sense Multiple Access with Collision Detection) се отнася до децентрализирани произволни (по-точно квазислучайни) методи. Използва се както в конвенционални мрежи като Ethernet, така и във високоскоростни мрежи (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet). Тъй като характеристиките и приложенията на тези популярни мрежи на практика са свързани именно с характеристиките на използвания метод за достъп, си струва да ги разгледаме по-подробно.

Първо, за името на метода. Една ранна мрежа от тип Alohanet, работеща на Хавайските острови от 1970 г., използва радиоканал и монтиран на сателит ретранслатор (оттук и думата „носител“ в името на метода), както и сравнително прост метод за достъп CSMA (без откриване на сблъсък). В мрежи като Ethernet и Fast Ethernet носителят е часовников сигнал, "смесен"към предаваните данни по такъв начин, че да се осигури надеждна синхронизация в приемащия край. Това се реализира чрез организиране (ако е необходимо) на допълнителни принудителни преходи на сигнала между две (както в кода Manchester-II) или три електрически нива (както в кода от тип 8B6T, използван в 100BaseT4 Fast Ethernet сегмента, базиран на четири неекранирани усукани двойки). В сравнение с класическия метод CSMA, методът CSMA /CD има добавена детекция на конфликти (колизии) по време на предаване, което увеличава скоростта на предаване на информацията.

Когато се описват времедиаграмите на Ethernet и Fast Ethernet мрежите, както и максималните размери на пакетите (рамките), широко се използват следните термини:

IPG (interpacket gap, interpacket gap) - минималният интервал от време между предадените пакети (9,6 µs за Ethernet / 0,96 µs за Fast Ethernet). Друго име е разстоянието между рамките.
VT ( Bit Time , битово време) - времевият интервал за предаване на един бит (100 ns за Ethernet / 10 ns за Fast Ethernet).
PDV (Path Delay Value, стойността на забавянето в пътя) - времето, необходимо на сигнала да премине между два мрежови възела (кръгово, т.е. удвоено). Взема предвид общото забавяне в кабелната система, мрежовите адаптери, повторителите и други мрежови устройства.
Прозорец на сблъсък - Максималната стойност на PDV за този сегмент.
Домейн на сблъсък (зона на сблъсък, зона на конфликт) - част от мрежата, към която се отнася ситуацията на сблъсък, конфликт.
Време на слот (време на канала) - максимално допустимият прозорец за сблъсък за сегмента (512 BT).
Минимален размер на рамката – минимален размер на рамката (512 бита).
Максимален размер на рамката - максимален размер на рамката (1518 байта).
Максимален диаметър на мрежата(максимален диаметър на мрежата) - максималната допустима дължина на сегмента, за която неговият прозорец за сблъсък не надвишава времето на слота, времето на канала.
Скъсено бинарно експоненциално обратно изключване - забавянето преди следващия опит за предаване на пакет след сблъсък (разрешени са максимум 16 опита). Изчислява се по следната формула:

RAND(0,2 min(N,10) ) x 512 x W

където N е стойността на брояча на опити, RAND(a, b) е генератор на произволни нормално разпределени цели числа в диапазона a. b , включително екстремни стойности. Дискретната стойност на този параметър е равна на минималната дължина на пакета или на максимално допустимото двойно забавяне на мрежовото разпространение (PDV).

Алгоритъм за достъп до мрежата

На фиг. 10.1 показва блокова диаграма на алгоритъма за достъп до мрежата в съответствие с метода CSMA / CD за един от абонатите, имащи данни (рамки) за предаване.

В началото, от рамката, предназначена за предаване, абонатът (възел) формира пакет. Освен това, когато се обозначават блокове информация, предавана по мрежата с помощта на алгоритъма CSMA / CD, понятията "кадър" и "пакет" не се различават, което не е напълно правилно, но съответства на установената практика.

Ако след подготовката на пакета мрежата е свободна, тогава абонатът (възел) има право да започне предаване. Но преди всичко трябва да провери дали минималното разрешено IPG време е изтекло от предишното предаване (блок 1 на фигурата). Едва след края на IPG времето, абонатът може да започне да предава битовете на своя пакет (блок 2 на фигурата).

След предаването на всеки бит, абонатът проверява за конфликт (колизия) в мрежата. Ако няма сблъсъци, предаването на битове продължава до края на пакета (блок 4 на фигурата). В този случай прехвърлянето се счита за успешно.

Ако бъде открит сблъсък след предаването на бит, тогава предаването на пакета се прекратява. Абонатът (възелът) усилва сблъсъка чрез предаване на 32-битов JAM (JAM) сигнал и започва да се подготвя за следващия опит за предаване (блок 3 на фигурата). Сигналът JAM гарантира, че наличието на сблъсък ще бъде открито от всички абонати, участващи в конфликта.

След предаване на сигнала TUBE, абонатът, който е открил сблъсъка, увеличава стойността на брояча за броя на опитите (броячът беше нулиран до нула преди началото на предаването). Максималният брой опити за предаване трябва да бъде не повече от 16, така че ако броячът на опитите препълни, опитите за предаване на пакета се спират. Смята се, че в този случай мрежата е силно претоварена, има твърде много сблъсъци. Тази ситуация е спешна и се обработва на по-високи нива на протоколите за обмен.

Ако броят на опитите не надвишава 16, тогава стойността на закъснението се изчислява съгласно горната формула и след това изчисленият интервал от време се забавя. Случайният характер на забавянето с висока степен на вероятност гарантира, че всички абонати, участващи в конфликта, ще имат различни забавяния. След това опитът за предаване на пакета се повтаря отначало. Абонатът, чието изчислено забавяне ще бъде по-малко, ще започне следващото предаване първи и ще блокира всички останали предавания.

Ако в момента на заявката за предаване (след приключване на подготовката на пакета) мрежата е заета от друг абонат, който извършва предаването, тогава този абонат чака мрежата да се освободи (блок 5 на фигурата). След освобождаване на мрежата, той трябва да изчака IPG времето след предишното мрежово предаване, преди да започне собственото си предаване. Това се дължи на крайната скорост на възлите, които проверяват за наличието на носител (заетостта на средата от някои предаващиабонат).