Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Допущение о едином канале является, на самом деле, центральным в данной модели. Никаких внешних каналов связи нет. Станции не могут тянуть руки, привлекая к себе внимание и убеждая учителя спросить их. Поэтому приходится искать лучшее решение.

Оставшиеся три допущения зависят от инженерной реализации системы, поэтому при изучении конкретных протоколов мы будем указывать, какие допущения следует считать верными.

Допущение о коллизиях является основным. Станциям необходим способ обнаружения коллизий, если они собираются повторно пересылать кадры, а не мириться с их потерей. Для проводных каналов можно использовать оборудование, умеющее определять коллизии. В этом случае станции заранее обрывают передачу, чтобы не засорять канал. В беспроводных каналах распознавать коллизии намного сложнее; об их возникновении приходится узнавать по факту, когда не прибывает ожидаемый кадр подтверждения. Также возможно успешное получение некоторых кадров, попавших в коллизию, — это зависит от типа сигнала и оборудования на получающей стороне. Подобные ситуации встречаются нечасто, поэтому будем предполагать, что все кадры, участвующие в коллизии, попросту теряются. Кроме того, мы познакомимся с протоколами, специально предназначенными для предотвращения коллизий, а не решения создаваемых ими проблем.

Причина, почему для времени существует два альтернативных допущения, заключается в том, что дискретное время помогает иногда повышать производительность. Однако использующие его станции должны синхронизироваться с главными часами или друг с другом. Это не всегда возможно. Мы рассмотрим оба варианта. В каждой конкретной системе работает только одно из возможных допущений.

Аналогично этому, контроль несущей также реализован не во всех системах. Проводные сети обычно знают, когда линия занята, однако в беспроводных сетях контроля несущей чаще всего нет, потому что отдельно взятая станция не может «слышать» все остальные из-за разницы частотных диапазонов. Аналогично, в некоторых условиях, когда станция не может напрямую общаться с другими станциями (например, им приходится пересылать информацию через кабельный модем, играющий роль центрального узла), контроль несущей бывает недоступен. Обратите внимание на слово «несущая». В данном случае оно означает электрический сигнал, распространяющийся по каналу.

Для того чтобы избежать недопонимания, стоит заметить, что ни один протокол коллективного доступа не гарантирует надежную доставку. Даже в случае отсутствия коллизий получатель может по каким-то причинам неправильно скопировать часть кадра. Надежность обеспечивают другие составляющие канального или более высоких уровней.

4.2. Протоколы коллективного доступа

Известно множество алгоритмов коллективного доступа. В следующих разделах будут рассмотрены наиболее интересные алгоритмы и даны примеры их применения на практике.

4.2.1. Система ALOHA

История нашего первого MAC начинается на нетронутых цивилизацией Гавайях в 1970-х годах. В данном случае «нетронутые цивилизацией» означает «не имеющие рабочей телефонной системы». Это не упрощало жизнь исследователя Нормана Абрамсона (Norman Abramson) и его коллег из Гавайского университета, которые пытались подключить пользователей на удаленных островах к главному компьютеру в Гонолулу. Идея протянуть кабели по дну Тихого океана даже не рассматривалась, так что исследователи искали другое решение.

Найденное решение основывалось на использовании радиосистемы ближнего радиуса действия. Терминал каждого пользователя передавал кадры на центральный компьютер в пределах общей полосы частот. Также присутствовал простой и элегантный метод решения проблемы распределения каналов. Их труды впоследствии стали основой многих исследований (Schwartz, Abramson, 2009). Хотя в работе Абрамсона, получившей название системы ALOHA, использовалась широковещательная радиосвязь со стационарными передатчиками, основная идея применима к любой системе, в которой независимые пользователи соревнуются за право использования одного общего канала.

В данном разделе мы рассмотрим две версии системы ALOHA: чистую и дискретную. Они отличаются тем, непрерывно ли время (чистая версия) или делится на дискретные интервалы, в которые должны помещаться все кадры.

Чистая система ALOHA

В основе системы ALOHA лежит простая идея: разрешить пользователям передачу, как только у них появляются данные для отсылки. Конечно, при этом будут столкновения, и столкнувшиеся кадры будут разрушены. Отправителям необходимо уметь обнаруживать такие ситуации. В системе ALOHA, после того как каждая станция отправляет свой кадр центральному компьютеру, этот компьютер рассылает полученный кадр на все остальные станции. Отправитель прослушивает широковещательную передачу, чтобы понять, насколько успешной была передача. В других системах, таких как проводные локальные сети, у отправителя может быть возможность распознавать коллизии во время передачи.