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.

Вопросы и задачи

1. Для решения задачи используйте формулу, приведенную в данной главе, записав ее в общем виде. Фреймы для передачи произвольно приходят на 100-мегабитный канал. Если канал занят, фрейм ставится в очередь. Длина фрейма распределяется по экспоненциальному закону с математическим ожиданием, равным 10 000 бит/фрейм. Для каждой из приведенных ниже скоростей получения фреймов вычислите задержку (включая время ожидания в очереди и время передачи) фрейма средней длины:

а) 90 фреймов/с;

б) 900 фреймов/с;

в) 9000 фреймов/с.

2. N станций совместно используют канал чистой системы ALOHA, работающий со скоростью 56 Кбит/с. Каждая станция передает 1000-битный фрейм в среднем каждые 100 с, даже если предыдущий фрейм еще не был передан (например, станции могут буферизовать исходящие фреймы). Каково максимальное значение N?

3. Десять тысяч систем бронирования авиабилетов конкурируют за доступ к каналу дискретной системы ALOHA. В среднем, каждая станция делает 18 запросов в час. Каждый слот составляет 125 мкс. Приблизительно оцените общую нагрузку канала.