Будем рассматривать протоколы доступа к среде передаче данных с множественным доступом. Существует два вида сред передачи данных: точка-точка и с множественным доступом. В среде точка-точка доступ возможен только с двух сторон. Проблемы синхронизации доступа здесь не столь сложны. Этот вид сред передачи характерен для WAN сетей. Здесь мы рассмотрим каналы с множественным доступом или, как их еще называют, протоколы со случайным доступом.
В средах с множественным доступом ключевым является вопрос: как определить кому из запросивших отдать канал? Представим себе конференцию по телефону. Когда говоривший закончит речь возможно, что сразу несколько участников захотят высказаться. Они начнут говорить одновременно. Как предотвратить хаос? Протоколы для решения этой проблемы составляют основу этой главы.
Протоколы для определения кто захватит канал в случае конкуренции относятся к подуровню канального уровня, который называется МАС - MediumAccessControl.
Основной вопрос, который мы рассмотрим здесь - как распределять единственный канал между многими конкурирующими пользователями.
2.1. Статическое предоставление канала
Существует два основных подхода к мультиплексированию нескольких конкурирующих пользователей на одном канале - частотное разделение (FDM). Частотное разделение хорошо работает в условиях, когда число пользователей фиксировано и каждый порождает плотную загрузку канала. Тогда каждому из них выделяется своя полоса частот, которую он использует независимо от других.
Однако, когда число пользователей велико или величина переменная, или когда трафик очень не регулярный,у FDM появляются проблемы. Если весь диапазон разделить на 
полос и лишь не многим из потребуется передача, то большая часть пропускной способности будет теряться. Если число пользователей, кому необходимо передать данные, больше , то часть из них получит отказ из-за недостатка пропускной способности, хотя часть тех кому канал будет предоставлен может ничего не передавать или не принимать.
|
|
Таким образом предположение о постоянстве числа пользователей в среднем и статическое разделение канала на подканалы является не эффективным решение. Положение усугубляет то обстоятельство, что трафик в сетях, как правило, носит взрыво-образный характер (отличие пиковых нагрузок от средних достигает 1000 раз). Поэтому статическое распределение было бы не эффективно, т.к. большую часть времени канал простаивал.
Это можно показать теоретически на следующей модели. Пусть у нас есть канал со скоростью 
bps и мы хотим оценить среднее временя задержки 
. Средняя скорость поступления кадров равна 
кадр/сек и средняя длина кадра имеет экспоненциальное распределение со средним 
бит/кадр. Тогда 
Теперь разделим канал на подканалов каждый со скоростью 
bps. Скорость поступления кадров в каждом из подканалов будет теперь 
. Соответственно получаем
.
Отсюда видно, что частотное разделение в раз хуже, по сравнению с тем как если бы все кадры как-то были бы распределены из единой очереди.
Те же самые рассуждения можно применить к временному разделению. Если каждому пользователю выделить свой слот и тот его не использует, то это пустая трата пропускной способности канала. Таким образом, ни один из известных статических методов не позволяет эффективно распределять нагрузку. Поэтому мы сосредоточимся на динамических методах.
|
|
2.2. Динамическое предоставление канала
Прежде чем перейти к описанию многочисленных динамических способов предоставления канала сформулируем основные пять предположений, которые мы будем использовать:
- Многостационнаямодель. Модель состоит из независимых станций (компьютеров, телефонов, факс-машин и т.п.). На каждой работает пользователь или программа, которые генерируют кадры для передачи. Вероятность, появления кадра в интервале 
равна 
, где v константа. Предполагается, что если кадр сгенерирован, то новый не появится, пока не будет передан первый.
- Модель единого канала. Канал один и он доступен всем станциям. Все станции равноправны. Они получаю кадры и передаю кадры только через этот единственный канал. Аппаратные средства всех станцией для доступа к каналу одинаковы, но программно можно устанавливать приоритеты.
- Модель с коллизиями. Если две станции передают кадры в одно и то же время, то сигналы накладываются и разрушаются. Этот случай будем называть коллизией. Любая станция может обнаружить коллизию. Кадры, столкнувшиеся в коллизии, должны быть посланы повторно позднее. Кроме коллизий других ошибок передачи нет.
- Временные модели:
- Непрерывное время. Передача кадра может начаться в любой момент. Нет единых часов в системе, которые разбивают время на слоты.
- Дискретное время. Время разбивается на дискретные интервалы - слоты. Кадр начинает передаваться только в начале слота. Слот может соответствовать нескольким кадрам, если это слот ожидания, он может содержать коллизию, либо успешную передачу.
|
|
- Модели с несущей:
- Обнаружение несущей. Станция всегда определяет занят ли канал прежде, чем использовать его. Если он занят, то ни одна станция не начинает передачу.
- Отсутствие несущей. Станция ничего не знает о состоянии канал пока не начнет использовать его. Она сразу начинает передачу и лишь позднее обнаруживает коллизию.
Первое предположение означает, что станции независимы и на каждой работает только одна программа или пользователь. Есть и более сложные модели. Единый канал передачи - это краеугольное предположение. Нет иного способа передать кадр - только по каналу. По отношению к времени может быть использовано одно из двух предположений. Позднее мы рассмотрим оба. Точно также сеть может использовать предположение об обнаружении несущей, а может и не использовать.