Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

4.9. Резюме

В некоторых сетях для любой связи используется единственный моноканал. При их разработке основной проблемой является распределение этого канала между соревнующимися за право его использования станциями. Простейшими схемами распределения являются частотное и временное уплотнение. Они эффективны при небольшом количестве станций и постоянном трафике. Оба метода широко применяются в этих условиях, например, для разделения полосы пропускания в телефонных магистралях.

Когда количество станций велико и непостоянно или трафик является пульсирующим — типичный случай для компьютерных сетей, — частотное и временное уплотнение использовать нецелесообразно.

Было разработано несколько алгоритмов динамического распределения каналов. Протокол ALOHA (чистый или дискретный) используется в многочисленных вариантах в реальных системах, например в кабельных модемах и RFID. Его усовершенствование — возможность прослушивать состояние канала, тогда станции могут отказываться от передачи, когда слышат, что канал занят другой станцией. Применение этого метода — контроля несущей — повлекло создание различных CSMA протоколов, применяемых в локальных и региональных сетях. Это основа классических сетей Ethernet и сетей 802.11.

Широко известен класс протоколов, полностью устраняющий борьбу за канал или, по меньшей мере, значительно снижающий ее напряженность. Протокол битовой карты, протокол с двоичным обратным отсчетом и такие топологии, как кольца, полностью устраняют состязание за канал. Протокол адаптивного дерева снижает его остроту, динамически деля станции на две непересекающиеся группы различного размера, и позволяет состязание только внутри группы; в идеале группа выбирается так, чтобы только одной станции, готовой к передаче, разрешалось это сделать.

Дополнительной проблемой беспроводных ЛВС является трудность обнаружения коллизий передач и возможность различий зон обслуживания станций. В доминирующей беспроводной ЛВС, IEEE 802.11, станции, чтобы смягчить первую проблему, используют CSMA/CA, оставляя маленькие промежутки, чтобы избежать коллизий. Станции могут также использовать протокол RTS/CTS, чтобы сражаться со скрытыми терминалами, которые возникают из-за второй проблемы. IEEE 802.11 обычно используется, чтобы соединить ноутбуки и другие устройства с точками доступа, но он может использоваться и между устройствами. Может использоваться любой из нескольких физических уровней, в том числе многоканальный FDM с и без нескольких антенн, и расширение спектра.

Как и 802.11, считыватели и метки RFID используют протокол произвольного доступа, чтобы сообщить идентификаторы. Другие беспроводные персональные и городские сети имеют отличающееся устройство. Система Bluetooth осуществляет беспроводное присоединение к компьютеру наушников и других видов периферийных устройств. IEEE 802.16 обеспечивает широкую область беспроводного доступа к Интернету для неподвижных и мобильных компьютеров. Обе эти сети используют централизованную схему на основе соединений, где ведущее устройство Bluetooth и базовая станция WiMAX решают, когда каждая станция может послать или получить данные. Для 802.16 эта схема поддерживает различное качество обслуживания для трафика в реальном времени, такого как телефонные звонки, и интерактивного трафика, такого как просмотр веб-страниц. Сложность ведущего устройства Bluetooth приводит к дешевизне ведомых устройств.

Ethernet является доминирующей технологией проводных локальных вычислительных сетей. Классический Ethernet производит распределение канала при помощи метода CSMA/CD с желтым кабелем толщиной с садовый шланг, который тянулся от машины к машине. Архитектура изменилась, скорости возросли от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с и продолжают расти. Теперь линии точка-точка, такие как витая пара, присоединяются к концентраторам и коммутаторам. С современными коммутаторами и полнодуплексными каналами нет никакой конкуренции в каналах, и коммутарор может пересылать кадры между различными портами параллельно.

Когда в здании много локальных сетей, необходим какой-то способ их объединения. Для этих целей используются plug-and-play устройства — мосты. При построении мостов применяются алгоритм обратного обучения и алгоритм связующего дерева.

С добавлением в современные коммутаторы этих функций термины «мост» и «коммутатор» стали взаимозаменяемы.

Для упрощения управления ЛВС с мостами появились виртуальные локальные сети, которые позволили отделить физическую топологию от логической. Был разработан стандарт для виртуальных локальных сетей — IEEE 802.1Q, вводящий новый формат Ethernet кадров.