Як вже указувалося в розділі 1, всі мережеві технології можуть бути розділені на

дві категорії: використовуючі з'єднання від вузла до вузла і мережі із застосуванням

широкомовлення. Цей розділ присвячений широкомовним мережам і їх протоко¬

лам.

Головною проблемою будь-яких широкомовних мереж є питання про те

як визначити, кому надати канал, якщо користуватися їм одночасно

хочуть декілька комп'ютерів. Для прикладу уявіть собі конференцію, в ко¬

торою беруть участь шість чоловік, причому кожен використовує свій теле¬

фон. Всі вони сполучені таким чином, що кожен може чути всіх осталь¬

них. Мабуть, що коли один з них закінчить свою мову, відразу двоє або

троє почнуть говорити одночасно, тим самим створивши ніякову ситуацію. При

особистій зустрічі подібні проблеми запобігають зовнішніми засобами, на¬

приклад підняттям руки для отримання дозволу говорити. Коли доступний

лише один канал, визначити, хто може говорити наступним, значно труд¬

її. Для вирішення цієї проблеми розроблено багато протоколів, які і бу¬

дутий обговорюватися в даному розділі. У літературі широкомовні канали іноді

називають каналами з множинним доступом, або каналами з довільним

доступом.

Протоколи, що застосовуються для визначення того, хто говоритиме сле¬

що дме, відносяться до підрівня рівня передачі даних, званому MAC

(Medium Access Control - управління доступом до середовища). Підрівень MAC осо¬

бенно важливий в локальних мережах, оскільки майже всі вони використовують канал множе¬

ственного доступу. У глобальних мережах, навпаки, застосовуються двоточкові

з'єднання. Виключенням є тільки супутникові мережі. Оскільки кана¬

ли множинного доступу тісно пов'язані з локальними мережами, в даному розділі

в основному описуватимуться локальні мережі, а також деякі питання, на¬

пряму не пов'язані з темою підрівня MAC.

Технічно підрівень управління доступом до середовища є нижньою ча¬

стью рівня передачі даних, тому логічніше було б вивчити спочатку його

а потім протоколи «точка-точка», розглянуті в розділі 3. Проте, боль¬

шинству людей зрозуміти протоколи, що включають багато учасників, легше після

того, як добре вивчені протоколи з двома учасниками. З цієї причини при

розгляді рівнів ми злегка відхилилися від строгого проходження знизу

вгору по ієрархічних сходах.

1. Проблема розподілу каналу

Центральною проблемою, що обговорюється в цьому розділі, є розподіл одного широкомовного каналу між численними користувачами що претендують на нього. Спочатку ми у загальних рисах розглянемо статичні і динамічні схеми розподілу каналу. Потім обговоримо декілька конкретних алгоритмів.

Статичний розподіл каналу у локальних і регіональних мережах

Традиційним способом розподілу одного каналу - наприклад, телефонного кабелю - між численними конкуруючими користувачами є FDM (Frequency Division Multiplexing - частотне ущільнення). За наявності N користувачів смуга пропускання ділиться на N діапазонів однакової ширини (див. мал. 2.27), і кожному користувачеві надається один з них. Оскільки при такій схемі біля кожного опиняється свій особистий частотний діапазон, то конфлікту між користувачами не виникає. При невеликій кількості абонентів, кожному з яких потрібна постійна лінія зв'язку (наприклад, комутатори операторів зв'язку), частотне ущільнення пропонує простій і ефективний механізм розподілу. Проте при великій і постійно змінній кількості відправників даних або пульсуючому трафіку частотне ущільнення не може забезпечити достатньо ефективний розподіл каналу. Якщо кількість користувачів у який-небудь момент часу менше числа діапазонів, на які роздільний спектр частот, то велика частина спектру не використовується і витрачається даремно. Основна проблема тут полягає в тому, що якщо якась частина користувачів не користується каналом, то ця частина спектру просто пропадає. Вони самі при цьому займають лінію не передаючи нічого, і іншим не дають передати дані. Крім того, в більшості комп'ютерних систем трафік є надзвичайно нерівномірним (цілком звичайним є відношення пікового трафіку до середнього як 1000:1). Отже, велику частину часу велика частина каналів не буде використовуваться.

Те, що характеристики статичного частотного ущільнення виявляються невдалими, можна легко продемонструвати на прикладі простих обчислень теорії масового обслуговування. Спершу злічимо середній час затримки Г для каналу з пропускною спроможністю З біт/с, по якому прибувають X кадрів в секунду. Довжина кадрів є випадковою величиною з експоненціально розподіленою щільністю вірогідності, середнє значення якої рівне 1/ц бита на кадр. При таких параметрах швидкість прибуття складає X кадрів у секунду, а швидкість обслуговування - \ х.с кадрів в секунду. Теорія масового обслуговування говорить про те, що пуассоновськоє час прибуття і обслужування рівне

Хай, наприклад, пропускна спроможність З рівна 100 Мбіт/с, середня довжина кадру 1/ц = 10 000 бит, швидкість прибуття кадрів X = 5000 кадрів в секунду. Тоді Т = 200 мкс. Звернете увагу: якби ми не врахували затримки при формуванні черги і просто порахували, скільки часу потрібно на передачу кадру завдовжки 10 000 бит по мережі з пропускною спроможністю 100 Мбіт/с, то отримали б неправильну відповідь: 100 мкс. Це число прийнятне лише при відсутності боротьби за канал.

Тепер давайте розділимо канал на N незалежних підканалів, у кожного з яких буде пропускна спроможність C/n біт/с. Середня вхідна швидкість в кожному підканалі тепер буде рівна X/n кадрів в секунду. Злічивши нове значення середньої затримки Г, отримаємо:

Це означає, що при використанні частотного ущільнення значення середньої затримки стало в N разів гірше за значення, яке було б в каналі, якби все кадри були якимсь чарівним чином організовані в одну загальну чергу. Ті ж самі аргументи застосовні і до тимчасового ущільнення (TDM, Time Division Multiplexing - мультиплексна передача з тимчасовим розділенням).

Кожному користувачеві в даному випадку статично виділяється Лг-й інтервал часу. Якщо інтервал не використовується абонентом, то він просто пропадає. З тим же успіхом можна розділити мережі фізично. Якщо узяти 100-мегабітную