Введение. В любой локальной сети, при рассмотрении принципа взаимодействия узлов, основная задача выполняется протоколом канального уровня, который является наиболее важным при работе локальной сети. Протокол Ethernet – один из основных протоколов канального уровня, который направлен на параллельное подключение составляющих сети к общей шине. Конструкция локальных сетей быть полностью установившейся, это необходимо для того, чтобы канальный уровень мог решать все свои основные задачи [1-4].
Исследователи локальных сетей решили остановиться на использовании единого кабеля всеми компьютерами текущей сети в режиме деления времени. Это необходимо для уменьшения стоимости и упрощения аппаратных и программных составляющих локальной сети. В сети Ethernet технология общего кабеля является основной составляющей протокола, где, используемый в сети, коаксиальный кабель является неделимым отрезком для всех частей локальной сети.
Если использовать простые конфигурации (общая шина и кольцо) в локальных сетях, то вместе с положительными данное применение имеет и не совсем положительные стороны, из которых самым неприятным является ограниченность по производительности и надежности. Присутствие всего единственного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети удерживает пропускную способность сети тем, что только одна станция может передавать данные, в то время как другие обязаны ждать завершения передачи. Если все же канал связи освободился, и несколько станций одновременно пытаются передавать данные в него, то случается слияние сигналов и, как правило, искривление данных. Похожие ситуации именуют коллизиями.
Для снижения возможности возникновения коллизии, внутри канального уровня имеется несколько алгоритмов доступа к каналу связи. Изначально были предложены «непостоянный», «1-постоянный» и «р-постоянный» варианты алгоритмов доступа. Выбор того или иного из них зависит от конкретных параметров проектируемой сети, а выбранный вариант серьёзно повлияет на пропускную способность и надёжность сети.
p-постоянный алгоритм доступа.
На Рисунке №1 показан общий алгоритм работы имитационной модели СПД с р-постоянным алгоритмом случайного доступа [2-4].
Рисунок №1. Общая блок-схема алгоритма работы имитационной модели
Данный алгоритм работает следующим образом:
В подпрограмме WWOD параметры не только вводятся, но здесь также идёт и слежение за их корректностью, а также имеется возможность автоматического ввода.
В блоках 1 и 6 алгоритма производится соответственно ввод начальных данных и вывод итогов моделирования. В боках 2-5 происходит сам процесс моделирования, где используются: T – общее число правильно переданных сообщений; AT – общее число всех тактов моделирования и TZ – необходимое количество удачно переданных сообщений.
С помощью временных диаграмма можно рассмотреть работу канала при p-постоянном алгоритме случайного доступа (рисунок №2) [3]
Из рисунка №2. следует, что в момент времени t1 вторая станция, когда прослушала канал и убедилась в том, что этот канал свободен, с какой-то вероятностью p активизирует передачу. В момент времени t2 первая станция начинает отслушивать канал. Канал занят, и она продолжает постоянную прослушку до момента его освобождения, т.е. до момента времени t3, а затем с вероятностью p начинает передачу.
Рисунок №2. Временная диаграмма работы канала связи при p-постоянном алгоритме случайного доступа
В момент времени t4 n-ая станция начинает прослушивать канал. Канал занят и n-ая станция продолжает прослушивание до его освобождения. В момент времени t5 n-ая станция дождалась освобождения канала, но с вероятностью (1-p) передача была отложена на время T. В момент времени t6 вторая станция прослушивает канал. Канал свободен и вторая станция активизирует передачу. В то время как вторая станция уже передает, у n-ой станции истекла задержка T в момент времени t7, но канал занят и n-ая станция ждёт его освобождения. В момент времени t8 к каналу обратилась первая станция, застала его занятым и стала вместе с n-ой станцией ждать его освобождения. К моменту времени t9 вторая станция освободила канал связи, а первая и n-ая, с вероятностью p каждая, начали передавать в свободный канал, что привело к коллизии.
Следует обратить внимание, что в моменты времени t2, t4, t7 и t8 p-постоянный алгоритм работает как 1-постоянный, а в момент времени t5 проявляется его уникальность.
На рисунке №3. показана блок-схема алгоритма функции OMT (рисунок №1.), которая работает по методу p-постоянного алгоритма случайного доступа.
Рис. 3 Блок-схема функции OMT, реализующаяся на основе p-постоянного алгоритма случайного доступа
Опишем алгоритм, показанный на рисунке №3:
Блок 1. Начинается проверка события занятости станцией или станциями канала. Если канал является занятым, то дальше движение происходит по правой ветке, иначе по левой;
Блок 2. Создается любое, равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое представляет собой вероятность обращения к свободному каналу одной или нескольких станций;
Блок 3. Начинается проверка события одновременного выхода в свободный канал больше, чем одной станции;
Блок 4. В канал связи вышла только одна станция и, следовательно, сообщение будет передано, в случае, если станция начнёт передачу с вероятностью p;
Блок 5. Станция с вероятностью (1-p) не начала передачу и ждёт повторного прослушивания канала связи фиксированное время T;
Блок 6. Сообщение передано, т.к. станция с вероятностью p начала передачу;
Блок 7. Включаем счётчик по всем станциям, для того чтобы определить сколько станций обратились к свободному каналу связи;
Блок 8. Уменьшим на единицу счётчик станций;
Блок 9. Проверяем условие синхронного выхода в свободный канал связи сразу I станций;
Блок 10. Обнуляем счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в свободный канал связи;
Блок 11. Запускаем счётчик на все, одновременно обратившимся к каналу связи станциям, для выявления количества станций, которые начнут с вероятностью p передачу на свободный канал связи;
Блок 12. Проверяем событие начала, с вероятностью p, передачи J-ой станцией;
Блок 13. Увеличим на единицу счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в свободный канал связи;
Блок 14. Проверяем, больше ли одной станции начало передачу с вероятностью p, и если больше, то появляется коллизия;
Блок 15. Проверяем, начала ли хоть одна станция передачу с вероятностью p;
Блок 16. Станций, к свободному каналу связи обратилось несколько, а передачу с вероятностью p начала только одна из них, и поэтому сообщаем о том, что сообщение передалось удачно;
Блок 17. Из всего множества станций, одновременно обратившихся к свободному каналу связи ни одна не начала с вероятностью p передачу, и поэтому сообщение соответственно не передано;
Блок 18. В свободный канал связи обратилось несколько станций и несколько из них с вероятностью p начали передачу, что привело к коллизии и соответственно неудачной попытке передать сообщение;
Блок 19. Увеличим на единицу индивидуальный счётчик коллизий первого типа;
Блок 20. Увеличим на единицу общий счётчик коллизий первого типа;
Блок 21. Так как канал связи застигнут занятым, то сообщение не передастся;
Блок 22. Производится равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое представляет возможность обращения к занятому каналу одной или нескольких станций;
Блок 23. Начинает проверяться событие одновременного выхода в занятый канал связи больше, чем одной станции;
Блок 24. Включаем счётчик по всем станциям, для того чтобы определить сколько именно станций обратились к занятому каналу связи;
Блок 25. Уменьшим на единицу счётчик станций;
Блок 26. Проверяем условие синхронного выхода в занятый канал связи сразу I станций;
Блок 27. Обнуляем счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в канал связи, после того как он освободится;
Блок 28. Запускаем счетчик на все, одновременно обратившимся к каналу связи станциям, для выявления количества станций, которые начнут с вероятностью p передачу в канал связи, после того как он освободится;
Блок 29. Проверяем событие начала, с вероятностью p, передачи J-ой станцией в канал связи в момент его освобождения;
Блок 30. Увеличим на единицу счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в канал связи, после того как он освободится;
Блок 31. Проверяем, обратится ли к каналу связи, после того как он освободится сразу несколько станций, и если их обратится несколько, то произойдёт коллизия;
Блок 32. Увеличим на единицу индивидуальный счётчик коллизий второго типа;
Блок 33. Увеличим на единицу общий счётчик коллизий второго типа.
Используя данные алгоритмы можно создать имитационную модель, которая позволит изучить принципы работы локальной сети.
Библиографический список
- Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. — 6-е изд. стер. — М.: Высш. шк., 1999.— 576 c.
- Одом У. Компьютерные сети. Первый шаг = Computer Networking: First-step / Пер. В. Гусев. — СПб.: «Вильямс», 2006. — 432 с.
- Заргарян Е.В., Заргарян Ю.А., Коринец А.Д., Малышенко И.М. Разработка математической модели для построения имитационной модели системы передачи информации // Современная техника и технологии. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/04/6155
- Заргарян Е.В., Заргарян Ю.А., Коринец А.Д., Мищенко А.С. Разработка имитационной модели системы передачи информации с 1-постоянным алгоритмом случайного доступа // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/48729 (дата обращения: 10.04.2015).
Количество просмотров публикации: Please wait