Компьютерные сети. 6-е изд.

4.8. Резюме

В некоторых сетях для любой связи используется единственный канал. При их разработке основной проблемой является распределение этого канала между конкурирующими станциями, желающими им воспользоваться. Самые простые и эффективные схемы распределения при небольшом количестве станций и постоянном трафике — это FDM и TDM. Оба метода широко применяются, например, для разделения полосы пропускания телефонных магистралей. При большом и непостоянном числе станций или при трафике, создающем периодическую пиковую нагрузку (типичный случай для компьютерных сетей), FDM и TDM не подходят.

Существует несколько алгоритмов динамического распределения каналов. Многочисленные варианты протокола ALOHA (чистого или дискретного) используются в реальных системах (например, в сетях DOCSIS). Его усовершенствование — возможность прослушивать состояния канала. Станции могут отказываться от передачи, если слышат, что канал занят другой станцией. Применение метода контроля несущей привело к созданию различных CSMA-протоколов для LAN и MAN. Это основа сетей классического Ethernet и 802.11.

Уже много лет широко применяется класс протоколов, который полностью устраняет или, по крайней мере, снижает конкуренцию за канал. Протокол битовой карты, протокол с двоичным обратным отсчетом и протоколы на базе маркерных колец полностью исключают конкуренцию, а протокол адаптивного дерева — снижает. Он динамически делит станции на две непересекающиеся группы разного размера и разрешает состязание только внутри группы. В идеале группа формируется так, чтобы только одна станция была готова к передаче, когда это разрешено. Современные версии протоколов подуровня MAC, включая DOCSIS и Bluetooth, явно стремятся к устранению конкуренции, выделяя интервалы передачи каждому отправителю.

В беспроводных LAN возникают дополнительные проблемы. В них сложно выявлять коллизии, а у станций могут различаться зоны покрытия. Станции IEEE 802.11 (доминирующей беспроводной LAN) применяют CSMA/CA, оставляя небольшие интервалы, чтобы избежать коллизий и решить первую проблему. Для решения проблемы скрытой станции используется протокол RTS/CTS. Однако этот метод приводит к большим накладным расходам из-за проблемы засвеченной станции, которая особенно остро проявляется в ситуациях с большим числом радиоустройств.

Многие станции избегают конкуренции путем использования механизмов выбора канала. IEEE 802.11 обычно применяется для подключения ноутбуков и других устройств к беспроводным точкам доступа, а также для соединения самих устройств. Можно использовать любой из нескольких физических уровней, в том числе многоканальный FDM с несколькими антеннами (или без них), и расширение спектра. Современные версии стандарта 802.11 содержат функции безопасности на канальном уровне, в том числе поддержку аутентификации, а также расширенные возможности кодирования, позволяющие передавать данные с использованием технологии MIMO.

Ethernet является основной технологией проводных LAN. Классический Ethernet использовал CSMA/CD для распределения канала в желтом кабеле толщиной с садовый шланг, который тянулся от одного компьютера к другому. Архитектура изменилась, скорости увеличились с 10 Мбит/с до 1 Гбит/с и продолжают расти. Теперь двухточечные линии, такие как витая пара, присоединяются к концентраторам и коммутаторам. Современные коммутаторы и полнодуплексные каналы исключают конкуренцию — коммутатор может передавать фреймы между различными портами параллельно.

Когда в здании много локальных сетей, нужен способ для их объединения. Для этого используются plug-and-play-устройства — мосты. При построении мостов применяются алгоритмы обратного обучения и связующего дерева. Как только этот функционал был добавлен в современные коммутаторы, термины «мост» и «коммутатор» стали синонимами. Чтобы упростить управление LAN с мостами, были созданы VLAN, которые позволили отделить физическую топологию от логической. В стандарте IEEE 802.1Q, разработанном для VLAN, был введен новый формат Ethernet-фреймов.