Локальные вычислительные сети с асинхронным пропорциональным доступом

Методические указания к выполнению лабораторной работы

ЛОКАЛЬНЫЕ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ  СЕТИ  С  АСИНХРОННЫМ
ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫМ  ДОСТУПОМ

Рекомендовано для студентов специальности 220100 и смежных специальностей

Составитель Крылов Ю. Д.

Цель работы - ознакомление с принципами организации кольцевых структур, использующих асинхронный пропорциональный доступ и исследование характеристик функционирования и областей работоспособности этих структур. При этом рассматриваются три оригинальных маркерных кольца, которые не принадлежат к стандарту IEEE 802.5.

Теоретические пояснения.

Маркерное кольцо. Способы пропорционального последовательного доступа (ППД) становятся простыми и эффективными при использовании последовательного канала, замкнутого в кольцо (рисунок 1).

Рис. 1. Структура кольцевого последовательного канала

Последовательный канал содержит активные элементы (интерфейсные блоки или станции).

В сети с кольцевым каналом циклическая очередность абонентов на доступ к каналу реализуется признаком разрешения передачи, который называется маркером и представлен специальным коротким пакетом. При запуске сети в кольце должен быть установлен единственный маркер, который абоненты передают последовательно по кольцу пока не появится источник. Первый же источник, к которому поступает маркер, видоизменяет его и передает в кольцо пакет данных. В ряде случаев (см. ниже) после завершения передачи пакета (пакетов) данных источник запускает в кольцо маркер. После прохождения пакета данных по кольцу источник изымает его из кольца. При этом маркер запускается вновь или перед изъятием пакета данных или  после этого изъятия. Эта операция описана моделью, приведенной на рисунке 2.

Время обслуживания пакета задается формулой

,                                                                                                                             (1)

где b – длина пакета в битах, учитывающая длину заголовка, содержащего управляющую и адресную информацию, и длину информационной части пакета;  f_d – скорость передачи (бит/с).

Рис. 2. Модель маркерного кольца

Время необходимое для передачи маркера от станции i к станции i+1 (задержка распространения сигнала по передающей среде плюс скрытая задержка внутри станции i, т.е. задержка в интерфейсном блоке) моделируется постоянной величиной T_i задержки переключения для каждой станции i.

При условии равных интенсивностей поступления потоков пакетов li и равных величин задержек переключения T_i при интервалах дискретизации времени стремящихся к нулю для пуассоновских потоков среднее время задержки передачи будет

,                             (2)

где r = lE[T_p].

Слагаемое W₁ определяет среднее время ожидания начала передачи пакета от данного источника.

Если пакеты имеют одинаковую длину B (мкс), то

, так как r = l/m = lB = S.

В единицах B слагаемое W₁ будет .

Слагаемое W₂ определяет среднее время передачи пакета. При пакетах постоянной длины оно равно B. Если измерение производится в единицах B, то это слагаемое равно единице.

Слагаемое W₃ определяет среднее время до начала передачи маркера данным абонентом и может быть определено для бесприоритетной системы массового обслуживания с одной очередью на передачу маркера согласно /4/ ,

где r - загрузка системы от передачи маркера; J - среднее время передачи маркера; n - коэффициент вариации; R - суммарная загрузка системы от потока пакетов данных и маркера.

Будем полагать, что R зависит только от загрузки пакетов. Каждый абонент может находится в одном из трех состояний:

-  передает пакет данных;

-  передает пакет следующему абоненту;

-  ожидает прихода маркера.

При этих предположениях для симметричного потока данных и равных величин задержек переключения T имеем r = 1-S/N, n = 0, R = l/m = lB = S, J = T. C учетом сделанных допущений .

Слагаемое W₄ учитывает среднее время передачи маркера между двумя абонентами.

Маркерные кольца различаются в основном способами запуска сети и способом манипулирования маркером. Рассмотрим три маркерных ЛВС: многометочное маркерное кольцо (сеть DNS-Distributed Computing System), однометочное маркерное кольцо (проект стандарта 802), однопакетное маркерное кольцо (сеть ILLINET).

Многометочное маркерное кольцо. Причиной запуска всегда является отсутствие маркера в кольце в течение некоторого интервала времени. В данной сети этот интервал для всех абонентов устанавливается различным. В случае отсутствия маркера в течение заданного времени любой источник передает маркер в кольцо. При этом в кольце может не оказаться ни одного маркера в результате их взаимного искажения, а может оказаться один или несколько маркеров. В первом случае источник через заданное время вновь передает маркер. Во втором и третьем случае начинается функционирование кольца. Причем в третьем случае возможно наложение и искажение маркеров и пакетов. Это приводит либо к повторному запуску маркера, если исказились все ранее запущенные маркеры, либо к постепенному выходу  на режим с одним маркером. Фактически в этой сети для запуска используется случайный доступ, который не может обеспечить гарантированный запуск сети, особенно при большой нагрузке.

Рассмотрим варианты манипулирования маркером. В большинстве систем маркер представляет собой особый код, передаваемый в коротком (обычно однобайтовом) пакете-метке. Изъятие источником маркера - это изменение соответствующего кода в метке, т.е. фактически изменение самой метки. В данной сети маркер имеет метку T. Источник заменяет ее на метку С (коннектор), за которой передает пакет данных. На рисунке 3 показано, как последовательно передаются пакеты с метками С в моменты времени t₁, t₂ и t₃. При этом абоненты И₁ и И₂ являются источником пакетов данных.

Источник, изъявший из кольца маркер, может установить его в кольцо либо после передачи одного пакета данных (неисчерпывающее однократное обслуживание источников), либо после передачи всех накопившихся у него пакетов (исчерпывающее обслуживание). Однократное обслуживание упрощает диагностику кольца, в частности регистрацию потери маркера. Кроме того, оно обеспечивает гарантированное время ожидания доступа к каналу. Но однократное обслуживание увеличивает среднюю задержку пакета.

Источник, изъявший из кольца маркер, устанавливает его сразу после окончания передачи. Так в данной сети источник устанавливает метку-маркер в кольцо сразу после передачи пакета. В результате в кольце может быть несколько меток С, но не более одной метки-маркера Т. Если каждый источник устанавливает маркер сразу после окончания передачи, то кольцо называется многометочным.