Методы доступа к сети

Технологии передачи

Методы доступа к сети

Адресация пакетов

Каждый узел сети должен иметь свой уникальный адрес MAC-адрес для того, чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов сетевым адаптерам абонентам сети.

Первая система. В сети каждому абоненту присваивается индивидуальный порядковый адрес, например, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства:

2ⁿ > N_max,

где n – количество разрядов адреса, а N_max – максимально возможное количество абонентов в сети. Так, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес 1111....11 отводится для широковещательной передачи и используется для пакетов, адресованных всем абонентам.

Именно такой подход применен в сети Arcnet. Достоинства – малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток – трудоемкость задания адресов и возможность ошибки – двум абонентам может быть присвоен один и тот же адрес. Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети.

Вторая система была разработана институтом IEEE, занимающимся стандартизацией сетей. Именно эта система сейчас используется в сетях. Идея состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру еще на стадии изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено.

Для того, чтобы распределить диапазоны адресов среди производителей сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса:

Ø Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) – организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить 16 миллионов сетевых адаптеров.

Ø Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) – организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI. Это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей. Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) – универсально управляемый адрес или IEEE-адрес.

Ø Два старших разряда адреса управляющие, они определяют способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой. Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко.

Для широковещательной передачи применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.

Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки – высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете – адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт.

Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим. В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним.

Методы доступа

Каждый абонент сети может передавать свои пакеты. Но по одному кабелю одновременно передавать два или более пакетов нельзя, иначе может возникнуть коллизия (конфликт), которая приведет к искажению или потере всех пакетов, участвующих в конфликте. Значит, надо установить очередность доступа к сети всем абонентам, желающим передавать свои пакеты. В сети обязательно применяется метод доступа, предотвращающий конфликты между абонентами. Метод доступа к сети определяет алгоритм, согласно которому узлы сети получают доступ к среде передачи данных и осуществляют передачу. От эффективности работы выбранного метода управления обменом зависят скорость обмена информацией между компьютерами, нагрузочная способность сети, то есть способность выполнять обмен с различной интенсивностью, время реакции сети на внешние события и т.д. Метод доступа к сети – один из важнейших параметров.

Тип метода доступа во многом определяется особенностями топологии сети, но в то же время он не привязан жестко к топологии.

Методы управления обменом в локальных сетях делятся на две группы:

Ø Централизованные методы, в которых все управление доступом сосредоточено в одном месте. Недостатки таких методов – неустойчивость к отказам центра, недостаточная гибкость управления, так как центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети. Достоинство централизованных методов – отсутствие коллизий, так как центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту.

Ø Децентрализованные методы, в которых отсутствует центр управления доступом. Всеми вопросами предотвращения, обнаружения и разрешения конфликтов занимаются все абоненты сети. Достоинства децентрализованных методов – высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Однако все же возможны коллизии, которые надо разрешать.

Существует и другое деление методов доступа, относящееся, главным образом, к децентрализованным методам:

Ø Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. Абоненты имеют определенную систему приоритетов. При этом, как правило, конфликты полностью исключены, но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди на передачу слишком долго. К детерминированным методам относится, например, маркерный доступ (сети Token Ring, FDDI), при котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту.

Ø Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих абонентов. При этом возможность конфликтов подразумевается, но предлагаются способы их разрешения. Случайные методы значительно хуже детерминированных, работают при большом трафике сети и не гарантируют абоненту величину времени доступа. В то же время они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена. Пример случайного метода – CSMA/CD (сеть Ethernet).