Komunikace v sítích

Charakterem komunikace mohou být sítě spojové a nespojové (správněji nazývané jako sítě s navazováním spojení a bez navazování spojení – v angl. terminologii with connection a connectionless). U spojových sítí je před zahájením přenosu nutné navázat spojení, tzn. uzly se musí domluvit s aktivními prvky a koncovými uzly, které následně vytvoří virtuální kanál, prostřednictvím něhož jsou přenášena data. U nespojových sítí se žádné spojení nenavazuje.

Nespojové

Příkladem nespojových technologií jsou technologie založené na broadcastu, tzn. všesměrovém vysílání – např. Ethernet, Token Ring, FDDI. Rámec se dostane ke všem uzlům a příslušný uzel rozhoduje, zda je adresátem nebo ne.

Spojové

Příkladem spojových technologií je ATM. Zde musí před komunikací příslušných uzlů dojít k vytvoření trvalého spojení (PVC) nebo dočasného spojení (SVC). Pro stávající aplikace, které byly připraveny pro nespojové technologie, je nutné řešit komunikační princip prostřednictvím přidaných mechanismů typu Broadcast and Unknown Server (BUS).

Určitým hybridem obou technologií může být přepínání nespojových technologií, kde sice nedochází k vytváření virtuálních spojů, ale zároveň jsou unicastové pakety posílány pouze příslušnému uzlu.

 

 

 

 

 

 

 

PŘÍSTUPOVÉ METODY

 

Při práci v síti mohou všichni uživatelé přijímat zprávy najednou. U vysílání zprávy je však nutno zajistit, aby na přenosovém médiu (kabel) byla současně zpráva pouze od jednoho uživatele. Jinak by mohlo dojít ke kolizím a tedy vzájemnému rušení, případně zkreslování odesílaných zpráv. Odesílání dat pouze jedním uživatelem sítě zajišťují přístupové metody. V současné době se používají základní přístupové metody a to CSMA/CD a Token Passing.

 

 

1.1.       Přístupová metoda CSMA/CD

 

 (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) - též metoda s vícenásobným přístupem s detekcí kolize se zakládá na tom, že síťový uzel bude předtím, než zahájí vysílání, naslouchat, není-li již síť nějakým jiným uzlem využívána (část CSMA). Je-li tomu tak, musí uzel, který chce vysílat, se svým pokusem o vysílání vyčkat. Čekat bude náhodně zvolený interval.

     

            Jestliže uzel zjistí, že je na síti klid, pokusí se vyslat svou zprávu a současně se snaží zjistit, nedošlo-li ke kolizi, tj. nezačal-li současně vysílat nějaký jiný uzel (část CD). To zjistí tak, že současně s vysíláním naslouchá. Neuslyší-li interferenci s cizí zprávou zkomolený signál, pokračuje ve vysílání.

    

            Dojde-li ke kolizi, pak první stanice, která kolizí zdeformovaný signál zachytila, přestane vysílat a vyšle na síťové médium tzv. kolizní signál (JAM), který signalizuje všem ostatním stanicím v síti vznik kolize (viz obr. 3.1). To způsobí, že i ostatní vysílající stanice přestanou vysílat a zopakují pokus o vysílání opět po náhodně zvolené časové prodlevě.

 

 

 

 

 

 


    

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.1.2                  Obr. 3.1. Kolizní metoda CSMA/CD

 
 

 

 

 

 

 

 


Pro tuto metodu je charakteristický zápas, resp. boj o sběrnici. Po detekci kolize je doba nového vstupu stanic různá, odvozená z generátoru náhodných čísel. To vyjadřuje nedeterministický přístup (stochastický charakter). Doba čekání je definována jako n-násobek doby potřebné k odeslání 512 bitů (Slot Time), která je 51,2 ms při rychlosti 10 Mb/s, a kde  je  n náhodně vybrané celé číslo. Pokud rámec není odeslán ani po 16-ti pokusech , je hlášena chyba.

 

Metoda CSMA/CD není posledním krokem v oblasti metod náhodného řízení. Dalšího zlepšení vlastností (zvýšení průchodnosti a snížení doby doručení zprávy) dosahují metody, které po zjištění kolize nejdříve zajistí přenos zpráv pro stanice, které se kolize zúčastnily, a teprve potom dovolí přístup stanic ostatních. Metody jsou označovány jako CSMA/DCR (Carrier-Sense Multiple Access with Deterministic Collision Resolution), mluvíme o deterministickém řešení kolize.

 

Nejjednodušší metodou řešení kolize je vyhledávání aktivních stanic v binárním stromu. Dojde-li ke kolizi v režimu CSMA/CD, stanice, které se kolize účastnily, se rozdělí do dvou skupin (například podle nejvýznamnějšího bitu adresy). Stanice z prvé skupiny se pokusí o vyslání zprávy, stanice druhé skupiny počkají na ukončení přenosů stanic v prvé skupině. Dojde-li v prvé skupině opět ke kolizi, postup dělení skupiny se opakuje. Po konečném počtu kroků je ve skupině jediná stanice, která odvysílá svůj rámec.

 

U dosud popisovaných metod jsme neuvažovali potřebu potvrzování přijatých rámců (přesněji řečeno, neuvažovali jsme, že potvrzení budou muset soupeřit o přidělení kanálu). Na potvrzení se můžeme dívat jako na nutnou přídavnou zátěž, která pouze v určitém poměru sníží čistou průchodnost sítě. Chceme-li eliminovat nepříjemný vliv této přídavné zátěže na soupeření stanic o kanál, můžeme pro potvrzení rezervovat časový interval bezprostředně navazující na vyslání datového rámce a zajistit, že žádná ze stanic nesmí v tomto intervalu zahájit vysílání rámce nového. Taková modifikace bývá označována jako CSMA/CA (Collission Avoidance).

 

Další úpravu CSMA/CA nalezneme u rádiových sítí podle IEEE 802.11. Zde je vyčleněna vedle potvrzování ještě prioritní komunikace s prodlevou kratší než pro běžný provoz. Protože se stanice nemusí navzájem slyšet, lze navíc pro vysílání delších rámců využívat mechanismus označovaný jako RTS/CTS. Stanice před startem vlastního vysílání požádá o přidělení kanálu krátkým rámcem RTS a dostane od základnové stanice souhlas CTS. Ten slyší všechny stanice. Podobný postup je používán u sběrnice AppleTalk.

 

 

1.1.       Přístupová metoda Token Passing

 

Přístupová metoda Token Passing představuje bezkolizní metodu s odevzdáváním povolovacího vysílacího práva. Ve stavu klidu, tj. když žádná stanice nepožaduje právo na vysílání, mezi stanicemi cyklicky putuje rámec Token - vysílací právo. Libovolný počítač sítě může začít s vysíláním dat až tehdy, když získá vysílací právo. Tato metoda má podle použité topologie dvě varianty. Metoda se váže k fyzickému kruhu (Token Ring) nebo ke sběrnici (Token Bus).

 

 

1.1.1.        Varianta Token Ring

 

Jak již bylo řečeno tato varianta přístupové metody Token Passing se váže k typickému kruhu. Jednotlivé stanice jsou uspořádány fyzicky, ale i logicky, do kruhu (Ring), tj. po poslední stanici, jež dostala povolení k vysílání, získává oprávnění opět první stanice. Token takto putuje vždy ve stále stejném pořadí v jednom směru od jedné k sousední stanici. Pokud stanice o vysílání nemá zájem, odevzdá Token další stanici, která následuje v pořadí. Jakmile ho získá, může začít vysílat datový rámec, což je část vysílané zprávy. Pokud je zpráva delší než je přípustná délka rámce vysílají se postupně rámce za sebou a to tak, že vysílající počítač uvolní Token pro vyslání rámce z jiné stanice. Po úplném cyklu v kruhu čeká stanice opět na povolení vyslat následující rámec zprávy. Rámce postupují přes jednotlivé počítače sítě, rekonstruují se, až se dostanou k adresátovi.

 

Po přijetí zprávy odesílatelem dojde k přenosu zprávy. Rámec dokončí celý cyklus, vysílač vyhodnotí přenos rámce a odevzdá povolovací vysílací právo dalšímu počítači sítě. Výhodou této metody je, že každý počítač má zaručeno získání vysílacího práva určitého času. Poněvadž data jsou dopravovaná jen jedním směrem, nevznikají kolize dat tak, jak se vyskytují v síti s metodou CSMA/CD. Tyto sítě jsou proto vhodné i na řízení technologických procesů, kde se vyžaduje řízení v reálném čase. Metoda se osvědčila zejména v sítích s kruhovou topologií ale využívá se i ve smíšených sítích.

 

U některých počítačových sítí dochází k efektivnějšímu využití metody Token Ring pod názvem ETR (Early Token Release), v překladu "předčasně uvolněný Token".

 

 

1.1.2.        Varianta Token Bus

 

Základem metody Token Bus - odevzdávání vysílacího práva po sběrnici je tzv. logický kruh, který je virtuálně vytvořen na fyzické sběrnici sítě. Logický kruh se skládá z posloupnosti uzlů uspořádaných vzestupně podle adres. Uzel sítě vždy odesílá vysílací právo tomu uzlu,  který má nejbližší vyšší adresu. Každý uzel proto musí znát nejen adresu nejbližšího uzlu v logickém kruhu, ale i adresu předcházejícího uzlu, od kterého přijímá vysílací právo Token. Logický kruh je tak vlastně tvořen obousměrně. V případě zapojení další stanice do sítě, musí být kruh rekonfigurován, poněvadž se musí vzestupná posloupnost adres uzlů aktualizovat podle nové adresy:

 

Začlenění stanice do kruhu - tento proces probíhá tak, že stanice která disponuje vysílacím právem, před jeho odevzdáním vysílá na síť periodicky výzvu určenou stanicím, jejichž adresy leží mezi jeho adresou a adresou následujícího uzlu v logickém kruhu. Pokud na danou výzvu odpoví některá ze stanic, je automaticky začleněna do kruhu a je jí odesláno vysílací právo. V případě, že na výzvu odpoví několik stanic současně, hodnotí se tento stav jako kolize a nastartuje se algoritmus binárního vyhledání nejbližšího uzlu. Naopak, pokud na výzvu neodpoví žádná stanice, pokračuje se s odevzdáváním práva podle existujícího kruhu.

 

Odebrání stanice z kruhu - v tomto případě informuje aktivní stanice, která ukončuje činnost v kruhu, předcházející uzel a odevzdá řízení následujícímu uzlu. Pro případy, že uzel následkem poruchy nebo z jiných příčin neodpovídá na vysílané pověření do stanoveného času, odevzdá pověření nejbližšímu vyššímu uzlu v kruhu. Neodpovídající uzel je přitom automaticky vyloučen z logického kruhu.