PŘÍSTUPOVÉ METODY KE KOMUNIKAČNÍMU KANÁLU

Transkript

1 PŘÍSTUPOVÉ METODY KE KOMUNIKAČNÍMU KANÁLU Jedná se o pravidla zabezpečující, aby v jednom okamžiku vysílala informace prostřednictvím sdíleného komunikačního kanálu (kabel, vyhrazené frekvenční pásmo) pouze jedna stanice. V opačném případě by došlo ke kolizi = vzájemné rušení komunikace, zkreslení přenášených informací. Přístupová metoda je jedním z podstatných znaků síťového standardu LAN. 1. CSMA/CD Používá se u topologií LAN se sdíleným komunikačním kanálem (sběrnice, hvězda s HUBem). MA (Multiple Access = vícenásobný přístup ke komunikačnímu kanálu): Pro veškerou komunikaci je k dispozici pouze jeden komunikační (přenosový) kanál, připojených stanic je však více a všechny mají přístup ke komunikačnímu kanálu (sdílený komunikační kanál). Do sdíleného komunikačního kanálu může teoreticky vysílat informace více stanic najednou. Dojde ke zkreslení a tedy poškození přenášených informací v komunikačním kanálu = kolize. Kolizi je možné detekovat (CD = Collision Detect). Stanice, která chce vysílat, obvykle zjišťuje úroveň napětí na vedení (např. koaxiální kabel). Lze tak zjistit stav sdíleného komunikačního kanálu: volný kanál, obsazený kanál (vysílá jedna stanice), probíhající kolize (vysílají 2 stanice). Tento proces se označuje jako odposlouchávání nosného signálu (CS = Carrier Sense). Princip metody CSMA/CD: Stanice, jenž chce vysílat data prostřednictvím sdíleného komunikačního kanálu, nejprve monitoruje jeho stav ( odposlouchává nosný signál ) a zjišťuje, zda je komunikační kanál volný nebo obsazený. Pokud zjistí vysílání dat jinou stanicí, nevstupuje do něj (sama nezačíná data vysílat), aby nedošlo ke zkreslení dat. Stanice při svém vysílání současně kontroluje komunikační kanál, zda nezachytí jiné vysílání, které koliduje s jejím. Pokud stanice zjistí kolizi, zastaví vysílání, počká náhodnou dobu a opakuje svůj pokus znovu.

2 Důvody vzniku kolize: více stanic (zájemců o vysílání) současně zjistí, že nikdo nevysílá, a začne vysílat více stanic čeká, až někdo jiný přestane vysílat, a pak začnou všichni najednou Předcházení kolizím: Pokud by se všechny stanice, zúčastněné v kolizi, zachovaly stejně, pak by zákonitě došlo k další (následné) kolizi. Jelikož se stanice nemohou mezi sebou domlouvat, musí existovat náhodný prvek. Stanice se odmlčí na náhodnou dobu a pak se pokouší o následné vysílání. Tímto způsobem však nelze 100% garantovat eliminaci kolize. Dojde-li k následné kolizi, zdvojnásobí se postupně časový interval pro odmlčení stanice. Dojde-li k úspěšnému odvysílání dat, časový interval pro odmlčení dané stanice se vrátí na základní hodnotu (1 ). Při velkém počtu připojených stanic ke sdílenému komunikačnímu kanálu však metoda CSMA/CD nezaručuje odvysílání dat v konečné čase. Proto je v rámci síťového standardu Ethernet stanoveno, že pokud stanice provede 16 neúspěšný pokus o vysílání, dále se již o něj nepokouší ( vzdá to ).

3 2. Token passing Metoda logické kruhové topologie LAN. Nemusí se nutně jednat pouze o fyzickou kruhovou topologii. Jde o tzv. řízenou metodu předávání vysílacího práva, která zaručuje, že jakákoliv stanice, připojená do kruhové topologie sítě, získá právo na vysílání do určité (konečné) doby. Vysílat data může pouze stanice, která vlastní oprávnění. Toto oprávnění má podobu speciálního datového rámce (token), který si stanice pravidelně předávají mezi sebou. Ostatní stanice jsou pouze v roli příjemce dat. Díky tomu nevznikají kolize v síti. Kruhová topologie, v níž se předává token, je pouze logická, fyzická topologie sítě může být odlišná (sběrnice, hvězda, stromová). Příklad topologie Token Bus: Existují zde pravidla pro řešení nestandardních situací: ztráta oprávnění vysílat, připojení stanice do sítě (zapnutí počítače), odpojení stanice z logického kruhu. Vždy jedna stanice je v roli aktivního monitoru. Má řídicí a rozhodovací funkce, řeší nestandardní situace. Ostatní stanice jsou v roli záložních monitorů a jsou připraveny převzít roli aktivního monitoru.

4 3. CSMA/CA Přístupové metody používané u bezdrátových sítí, např. u síťového standardu IEEE (WIFI). Patří do skupiny přístupových protokolů CSMA metody s vícenásobným přístupem ke sdílenému komunikačnímu kanálu (MA = Multiple Access) s nasloucháním nosného signálu (CS = Carrier Sense). Jejich charakteristikou je, že před začátkem vysílání datového rámce stanice určitý čas poslouchá, zda je přenosové médium volné (zjistí podle úrovně signálu v daném frekvenčním pásmu). Pokud ano, může zahájit vysílání. V opačném případě čeká na konec právě probíhajícího vysílání. Bezdrátové sítě však mají, oproti kabelovým LAN, svá omezující specifika: Větší rušení komunikačního kanálu. Problém skryté stanice: Problém předsunuté stanice: Komunikační kanál je obsazen (vysílá jiná stanice), ale stanice, požadující vysílání dat se to nedozví. Příklad: stanice A chce vysílat k B, ale "neslyší" že stanice C právě vysílá k B (stanice A je mimo dosah stanice C). Komunikační kanál je fakticky volný, ale stanice požadující vysílání dat detekuje obsazený kanál. Nelze detekovat kolize během vysílání: Příklad: stanice B vysílá k A. Stanice C chce vysílat k D, ale zjistí, že B, kterou má v dosahu, vysílá a domnívá se, že komunikační kanál je obsazen. Rádiová rozhraní jsou obvykle pouze poloduplexní a neumožňují proto v rámci jednoho komunikačního kanálu současně přijímat i vysílat. Princip metody CSMA/CA: Stanice, která chce vysílat data, sleduje, zda právě probíhá nějaké vysílání v komunikačním kanálu. a. Pokud je kanál volný, začne stanice ihned vysílat celý datový rámec, aniž by monitorovala případné kolize (rádiové rozhraní je poloduplexní). Následně čeká na potvrzení přijetí rámce. Pokud přijetí datového rámce není potvrzeno zasláním řídicího rámce ACK (Acknowledgment = potvrzení), stanice se odmlčí na náhodnou dobu. Tato doba se během opakovaných pokusů zdvojnásobuje. b. Pokud je kanál obsazený, počká na jeho uvolnění, tedy zahájí čekání, stejně jako při neúspěšném odvysílání rámce. U metody CSMA/CA se tedy během vysílání datového rámce nezjišťují případné kolize s vysíláním jiných stanic. Pokud ke kolizi dojde, zbytečně se odvysílá celý datový rámec (později se musí znovu opakovat).

5 Přístupová metoda CSMA/CA s RTS/CTS Umožňuje vyvarovat se kolizím v komunikačním kanálu (CA = Collision Avoidance) a to i v případech skryté nebo předsunuté stanice. Příklad: Stanice A chce vysílat datové rámce a zároveň je mimo dosah signálu stanice C. Nemůže tedy sama zjistit, zda stanice C již sama nevysílá v komunikačním kanálu. Stanice A nejprve odešle přístupovému bodu (AP = Access Point) řídicí datový rámec RTS. RTS = Request To Send, tedy požadavek na uvolnění komunikačního kanálu a právo vysílat; obsahuje informaci o době trvání vysílání. Přístupový bod (AP) odpoví řídicím rámcem CTS, který vysílá všem připojeným stanicím. CTS = Clear To Send, potvrzení rezervace přenosového kanálu pro vysílání stanice A na stanovenou dobu. Ostatní stanice jsou po tuto dobu pouze v režimu příjmu a do vysílání stanice A nezasahují.