ინფორმაციის გაცვლის მეთოდები

[ჯამბო]

თავი.5. ინფორმაციის გაცვლის მეთოდები

ქსელი აერთიანებს რამოდენიმე აბონენტს, რომლეთაგან ყოველს შეუძლია გადასცეს თავისი პაკეტები. როგორც უკვე აღინიშნა ერთ კაბელში არ შეიძლება გადაიცეს ორი ან მეტი პაკეტი ერთდროულად. წინააღმდეგ შემთხვევაში წარმოიქმნება კონფლიქტი (კოლიზია), რომლის შედეგადაც ორივე პაკეტი დამახინჯდება ან შეიძლება დაიკარგოს (ან ყველა პაკეტი, რომლებიც მონაწილეობენ კოლიზიაში). ამიტომ საჭიროა ქსელის წვდომის პროცესის დარეგულირება და მოწესრიგება. პირველ რიგში ეს ეხება სალტისა და წრის ტოპოლოგიებს, ხოლო ვარსკვლავის ტოპოლოგიაში პერიფერიულ აბონენტებს რიგ რიგობით გადაეცემა პაკეტები, წინააღმდეგ შემთხვევაში ცენტრალურმა აბონენტმა შეიძლება თავი ვერ გაართვას მათ დამუშავებას.

ქსელში არსებობს ინფრომაციის გაცლის სხვადასხვა მეთოდები (წვდომის მეთოდი, არბიტრაჟის მეთოდი), რომელებიც თავიდან აცილებს აბონენტებს შორის კონფლიქტის გამოწვევას. შერჩეული ინფორმაციის გაცვლის მეთოდის ეფექტურობაზე დამოკიდებულია: კომპიუტერებს შორის ინფორმაციის გაცვლის სიჩქარე, ქსელის დატვირთვისუნარიანიბა (გაცვლის სხვადასხვა ინტენსივობით მუშაობა), ქსელის რეაქცია გარე მოვლენებზე და ა.შ. ინფორმაციის გაცვლის მართვის მეთოდი ქსელის ერთ-ერთი მთავარი პარამეტრია.

გაცვლის მეთოდის ტიპი განისაზღვრება ქსელის ტოპოლოგიის თავისებურებებით. მაგრამ არ არის მასთან ხისტად დაკავშირებული.

ინფრომაციის გაცვლის მართვის მეთოდები ლოკალურ ქსელებში იყოფა ორ ჯგუფად:

• ცენტრალიზებული მეთოდები, გაცვლის მართვა თავმოყრილია ერთ ადგილას. მაგრამ ამ მეთოდების ნაკლოვანებებია: ცენტის არამდგრადობა მტყუნებების მიმართ, მართვის მცირე მოქნილობა (ცენტრს არ შეუძლია ოპერატიულად რეაგირება ქსელის ყველა მოვლენაზე). ცენტრალიზებული მეთოდის ძირითადი ღირებულებაა – კონფლიქტის უქონლობა, რადგანაც ცენტრი მხოლოდ ერთ აბონენტს აძლევს უფლებას გადასცეს ინფორმაცია და ამიტომაც კონფლიქტს შეუძლებელია ადგილი ჰქონდეს.

• დეცენტრალიზებული მეთოდები, მათში არ არსებობს მართვის ცენტრი. ყველა საკითხს, მათ შორის კონფლიქტების აღმოჩენასა და მათ მოგვარებას უზრუნველყოფს ქსელის ყველა აბონენტი. ამ მეთოდის ძირითადი ღირებულებებია: მაღალი მდგრადობა მტყუნებების მიმართ და მაღალი მოქნილობა. თუმცა შეიძლება დაშვებულ იქნას კონფლიქტები.

Dდეცენტრალიზებული მეთოდების შემდეგი სახეებია:

• დეტერმინირებული მეთოდები, რომლებიც მკაფიოდ განსაზღვრავენ წესებს. Aამ მეთოდის შემთხვევაში აბონენტები მონაცვლეობით იკავებენ ქსელს. მათ გააჩნიათ პრიორიტეტების განსაზღვრული სისტემა. ეს პრიორიტეტები კი ყველა აბონენტისთვის განსხვავდება. ამასთანავე, როგორც წესი, კონფლიქტები მთლიანად გამორიცხულია (ან მცირედ შესაძლებელი), მაგრამ ზოგიერთი აბონენტი შეიძლება ელოდებოდეს თავის რიგს ძალიან დიდხანს. დეტერმინირებულ მეთოდებს მიეკუთვნება მარკერული წვდომა (Token-Ring, FDDI , FDDI ქსელები), რომლის დროსაც გადაცემის უფლება აბონენტიდან აბონენტს ესტაფეტით გადაეცემა.

• შემთხვევითი მეთოდები. Aამ მეთოდის შემთხვევაში იგულისხმება აბონენტების შემთხვევით მონაცვლეობა. ამ დროს კონფლიქტები გარდაუვალია, მაგრამ მათ მოსაგვარებლად არსებობს სპეციალური მეთოდები. შემთხვევითი მეთოდები უფრო ცუდად მუშაობენ (დეტერმინირებულთან შედარებით) საინფორმაციო ნაკადების დიდი მოცულობისას, ქსელის დიდი ტრაფიკის დროს და გარანტიას არ აძლევენ აბონენტს წვდომის დროზე. ამასთანავე ეს მეთოდები უფრო მდგრადია ქსელური მოწყობილობების მტყუნებების მიმართ და ქსელს იყენებენ უფრო ეფექტურად გაცვლის დაბალი ინტენსივობის შემთხვევაში. შემთხვევითი მეთოდის მაგალითია - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection- მრავალჯერადი წვდომა გადამტანის კონტროლით და კოლიზიების აღმოჩენით ) (Ethernet ქსელი).

სამი ძირითადი ტოპოლოგიისათვის დამახასიათებელია სამი უფრო ტიპიური გაცვლის მეთოდები.

4.1. გაცვლის მართვა ვარსკვლავის ტოპოლოგიაში

ვარსკვლავურ ტოპოლოგიას შეესაბამება ცენტრალიზებული მართვის მეთოდი. რაც მდგომარეობს, იმაში, რომ ყველა ინფორმაციული ნაკადი გაედინება ცენტრის გავლით და სწორედ ამ ცენტრზეა დაყრდნობილი ქსელში მონაცემთა გადაცემის მართვა. ამასთანავე არა აქვს მნიშვნელობა თუ რა მოწყობილობა იქნება ვარსკვლავის ცენტრში: კომპიუტერი (ცენტრალური აბონენტი) (ნახ.5.1), თუ სპეციალური კონცენტრატორი, რომელიც უზრუნველყოფს მონაცემთა გაცვლას აბონენტებს შორის (პასიური ვარსკვლავი).

ყველაზე მარტივი ცენტრალიზებული მეთოდი მდგომარეობს შემდეგში.

პერიფერიული აბონენტები, რომელთაც სურვილი აქვთ გადააგზავნონ ქსელში მონაცემთა პაკეტი, ცენტრს უგზავნიან თავის მოთხოვნას, ცენტრი კი რიგრიგობით ანიჭებს აბონენტებს პაკეტების გადაგზავნის უფლებას თითოეულის რიგითობის დაცვით, მაგ:, ვარსკვლავურ ტოპოლოგიაში ფიზიკური განლაგების (მდებარეობის) მიხედვით საათის ისრის მიმართულებით. როცა ერთი აბონენტი დაასრულებს მონაცემის გადაცემას საათის ისრის მიმართულებით მონაცემის გადაცემის უფლება ენიჭება რიგით მომდევნო აბონენტს თუ მას განაცხადი აქვს გაგზავნილი ცენტრში მონაცემთა გადაცემაზე. (ნახ. 5.1.) მაგ:, თუ მონაცემს აგზავნის მე-2 აბონენტი, მის შემდეგ გადაცემის უფლება მიენიჭება მე-3 აბონენტს, თუ მე-3 აბონენტს არ სურს მონაცემის გადაცემა, მაშინ მონაცემების გადაცემის უფლება ენიჭება მე-4 აბონენტს და ა.შ.

ასეთ შემთხვევაში შეიძლება ითქვას, რომ აბონენტებს გააჩნიათ გეოგრაფიული პრიორიტეტები (მათი ფიზიკური განლაგებიდან გამომდინარე). ყოველ კონკრეტულ მომენტში უმაღლესი პრიორიტეტი ენიჭება ყოველ მომდევნო აბონენტს, სრული მოთხოვნის ციკლის შემთხვევაში არც ერთ აბონენტს არ ენიჭება უპირატესობა მის წინ მდგომ აბონენტზე ადრე. არც ერთ აბონენტს არ მოუწევს თავისი რიგის ლოდინში დიდხანს ყოფნა. ნებისმიერი აბონენტის ლოდინის დრო უდრის ქსელში ჩართული ყველა დანარჩენი აბონენტის მონაცემთა გადაცემის ჯამურ დროს. ნახ. 5.2-ის შემთხვევაში მოლოდინის დრო შეადგენს 4 აბონენტის გადასაცემი პაკეტების დროის ხანგრძლივობას. ამ მეთოდის გამოყენებისას მონაცემთა პაკეტების შეჯახება გამორიცხულია, რადგან წვდომის და მონაცემთა გადაცემის უფლებები განისაზღვრება ერთ ადგილას (ცენტრალიზებულად).

განხილული მართვის მეთოდს შეიძლება ვუწოდოთ პასიური ცენტრი, რადგან ცენტრი პასიურად ელოდება აბონენტების მოთხოვნებს. შესაძლებელია გამოყენებულ იქნას ცენტრალიზებული მართვის მეთოდის სხვა მუშაობის პრინციპიც (აქტიური ცენტრი).

აქტიური ცენტრის შემთხვევაში, ცენტრი თვითონ უგზავნის მოთხოვნას (სიგნალებს) აბონენტებს იმის შესახებ აქვს თუ არა რომელიმე აბონენტს მონაცემი გადასაცემი. აბონენტი (რომელიც პირველად გამოეხმაურება ცენტრის მოთხოვნას) რომელსაც უნდა მონაცემის გადაცემა, უბრუნებს პასუხს ცენტრს ან პირდაპირ იწყებს მონაცემის გადაცემას. მონაცემის გადაცემის (სეანსის დამთავრების) შემდგომ ცენტრი კვლავ აგრძელებს წრიულად აბონენტების მიმართ სიგნალების გაგზავნას. თუ ცენტრს თავად აქვს გადასაცემი მონაცემი ის მიმდევრობით რიგში არ დგას, მას შეუძლია ნებისმიერ დროს გადასცეს მონაცემი.

როგორც პირველ, ასევევ მეორე შემთხვევაშიც ნებისმიერი კონფლიქტი ქსელში გამორიცხულია, რადგან გადაწყვეტილებას იღებს მხოლოდ ცენტრი და ის ქსელის ერთპიროვნული მმართველია. თუ ყველა აბონენტი გააქტიურებულია და ყველას სურს მონაცემის გადაცემა, მაშინ ისინი მონაცემს გადასცემენ რიგითობის მკაცრად განსაზღვრული წესით (რიგრიგობით). ცენტრი აუცილებლად უნდა იყოს საიმედო, მისი მწყობრიდან გამოსვლა გამოიწვევს ქსელში მონაცემთა გაცვლის პარალიზებას. ასეთი მართვის მექანიზმი არც თუ ისე მოქნილია, რადგან ცენტრი მოქმედებს მკაცრად განსაზღვრული ალგორითმით. ამასთანავე მართვის სისწრაფეც არ არის მაღალი. იმ შემთხვევაშიც კი როცა მონაცემს გადასცემს მხოლოდ ერთი აბონენტი, ყოველი გადაცემული პაკეტის შემდგომ აბონენტს ისევ თავიდან უწევს ლოდინის რიგში დგომა, სანამ ცენტრი ისევ არ გაუგზავნის მოთხოვნებს წრეში მყოფ სხვა აბონენტებს.

როგორც წესი ცენტრალიზებული მართვის მეთოდები გამოიყენება პატარა ქსელებში (აბონენტების რაოდენობა შეიძლება იყოს რამოდენიმე ათეული), შესაბამისად დიდი ქსელების შემთხვევაში ცენტრზე დატვირთვა საგრძნობლად იზრდება.

ინფრომაციის გაცვლის პროცესის მართვა სალტის ტოპოლოგიაში

სალტის ტოპოლოგიის შემთხვევაში შესაძლებელია აგრეთვე ცენტრალიზებული მართვა. ერთერთი (“ცენტრალური”) აბონენტი უგზავნის ყველა დანარჩენ (“პერიფერიულ”) აბონენტს მოთხოვნებს, მმართველ პაკეტებს ამავე სალტის მეშვეობით, იმის გასაგებად თუ რომელმა უნდა გადასცეს. შემდგომ ნებას აძლევს იმ აბონენტს გადასცეს ინფორმაცია. Uუფლების მიღების შემდგომ აბონენტი გადასცემს საინფორმაციო პაკეტს იმავე სალტის მეშვეობით იმ აბონეტს, რომელსაც სურს გადასცეს. ინფორმაციის გადაცემის დასრულების შემდეგ გადამცემი აბონენტი ატყობინებს “ცენტრს” ამის შესახებ იმავე სალტის მეშვეობით, რომ მან დაამთავრა მმართველი პაკეტის გადაცემა. Aამის შემდგომ “ცენტრი” ისევ გადასცემს მოთხოვნას (ნახ. 5.3)

ამ ტიპის მართვის ღირებულებები და ნაკლოვანებები იგივეა, როგორც ვარსკვლავის შემთხვევაში იმ განსხვავებით, რომ ცენტრი არ გადასცემს ინფრომაციას, არამედ მართავს ინფორმაციის გაცვლის პროცესს.

Uუფრო ხშირად გამოიყენება დეცენტრალიზებული შემთხვევითი მართვის მეთოდი, რომლის შემთხვევაში ყველა აბონენტის ქსელური ადაპტერი ერთნაირუფლებიანია. ყველა აბონენტს წვდომის თანაბარი უფლება გააჩნია, ე.ი. ტოპოლოგიის თავისებურებები ამ შემთხვევში ემთხვევა მართვის მეთოდის თავისებურებებს. გადაწყვეტილებას, იმაზე თუ როდის უნდა გადაიცეს პაკეტი ამა თუ იმ აბონენტისგან, იღებს ყველა აბონენტი ადგილზე, გამომდინარე ქსელის მდგომარეობის ანალიზიდან. მაგრამ ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება კონკურენცია ქსელის დაკავებაზე და აქედან გამომდინარე შესაძლებელია მათ შორის კონფლიქტები, ინფორმაციის დამახინჯება პაკეტების ერთმანეთის გადაფარვის გამო.

Aარსებობს მრავალი წვდომის ალგორითმი, ანუ წვდომის სცენარიები, რომლებიც გამოირჩევიან საკმაო სირთულით. მათი ამორჩევა დამოკიდებულია ქსელის გადაცემის სიჩქარეზე, სალტის სიგრძეზე, ქსელის დატვირთვაზე (გაცვლის ინტენსივობაზე ანუ ქსელის ტრაფიკზე), გადაცემის კოდზე.

ზოგჯერ გაცვლის სამართავად გამოიყენება დამატებითი კავშირის ხაზი, რომელიც ამარტივებს აპარატურას და წვდომის Mმეთოდს, მაგრამ შესამჩნევად ზრდის ქსელის ღირებულებას კაბელის გაორმაგებით და მიმღებებისა და გადამცემების რაოდენობის გაზრდით.

შემთხვევითი მეთოდების არსი კი ძალიან მარტივია: თუ ქსელი თავისუფალია (ე.ი. არავინ აგზავნის თავსი პაკეტებს), მაშინ აბონენტს, რომელსაც სურვილი აქვს გადასცეს, იწყებს გადაცემას. წვდომის დრო ამ შემთხვევში ნულის ტოლია.

Mმაგრამ თუ თუ ქსელი დაკავებულია, აბონენტი, რომელსაც სურს გადასცეს პაკეტები, ელოდება სანამ ქსელი არ განთავისუფლდება. წინააღმდეგ შემთხვევაში პაკეტები დამახინჯდება და დაიკარგება. ხოლო ქსელის განთავისუფლების შემდეგ აბონენტი იწყებს გადაცემას.

Kკონფლიქტური სიტუაციების (პაკეტების დაჯახება, კოლიზიები), რომლის დროსაც ინფორმაცია მახინჯდება, შესაძლებელია ორ შემთხვევაში:

• თუ ორი ან რამოდენიმე აბონენტი ერთდოულად იწყებს პაკეტების გადაცემას, როცა ქსელი თავისუფალია (ნახ.5.4). ეს სიტუაცია იშვიათია, მაგრამ არის შემთხვევები.

• თუ ორი ან რამოდენიმე აბონენტი ერთდოულად იწყებს პაკეტების გადაცემას, ქსელის განთავისუფლების შემდეგ. (ნახ.5.5.). ეს სიტუაცია უფრო ტიპიურია, რადგანაც ერთი აბონენტის მიერ პაკეტის გადაცემის დროს შესაძლებელია ახალი მოთხოვნების გამოჩენა სხვა აბონენტებისაგან.

(არბიტრაჟის) გაცვლის მართვის არსებული შემთხვევითი მეთოდები გამოირჩევიან იმითი, რომ ისინი თავიდან იცილებენ კონფლიქტებს და აგვარებენ წარმოქმნილ კონფლიქტურ სიტუაციებს. არცერთი კონფლიქტი არ უნდა არღვევდეს გაცვლის პროცესს, ყველა აბონენტმა უნდა შეძლოს თავისი პაკეტის გადაცემა.

ლოკალური ქსელების განვითარების პროცესში შემუშავდა გაცვლის შემთხვევითი მეთოდები. არსებობს მეთოდები, რომლებმაც ვერ ჰპოვეს ფართო გამოყენება. დავახასიათოთ თითოეული მათგანი: დეცენტრალიზებული მეთოდი კოდური პრიორიტეტით, რომლის დროსაც კოლიზიას არ განიცდის მხოლოდ ის აბონენტები, რომელტა პაკეტის თავსართი უფრო გრძელია და ისინი გადასცემენ თავიანთ პაკეტებს კოლიზიების გარეშე, ხოლო დანარჩენები კოლიზიის შემთხვევაში წყვეტენ გადაცემას და ელოდებიან ქსელის განთავისუფლებას. ხოლო კოლიზიის საკონტროლოდ ყოველი აბონენტი ინფორმაციასა თუ მონაცემებს ამოწმებს ბიტობით. ეს მეთოდი გამოირჩევა დაბალი სწრაფქმედებით და რეალიზაციის სირთულით.

მეორე - დეცენტრალიზებული მეთოდი დროითი პრიორიტეტით. ამ მეთოდის დროს ყოველი აბონენტი გადასცემს ინფორმაციას არა ქსელის განთავისუფლების მომენტში არამედ განსაზღვრული დაყოვნებით, რაც თავიდან აცილებს კოლიზიებს და ამით მინიმუმადე დაჰყავს მათი საერთო რიცხვი. მაქსიმალური პრიორიტეტით სარგებლოს ამ შემთხვევაში აბონენტი მინიმალური Y დაყოვნებით. ეს მეთოდი კარგად მუშაობს მცირე ზომის ქსელებში.

ორივე მეთოდი არის შემთხვევითი და ხასიათდებიან პრიორიტეტების სისტემით. შემთხვევითი პრიორიტეტების შემთხვევაში აბონენტები იმყოფებიან არა თანაბარ პირობებში, რადგანაც მაღალი პრიორიტეტის მქონე აბონენტებს შეუძლიათ დაუბლოკონ ქსელი დაბალი პრიორიტეტის მქონე აბონენტებს.

Pპრიორიტეტების სისტემა გაცვლის მეთოდებში სალტის ტოპოლოგიის შემთხვევაში გამორიცხულია. Mმაგ. ცნობილია CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access With Collison Acoidance –მრავალჯერადი წვდომა გადამტანის კონტროლით და კოლიზიების აღმოჩენით) მეთოდი, რომელიც გამოიყენება Eტჰერნეტ-ში. Mმისი ძირითადი ღირებულება მდგომარეობს იმაში, რომ ამ შემთხვევაში აბონენტები სარგებლობენ თანაბარი უფლებებით და ერთს არ შეუძლია დაუბლოკოს ქსელი მეორეს. Aამ მეთოდის შემთხვევაში ხორციელდება კოლიზიების არა თავიდან აცილება, არამედ მათი მოგვარება.

ამ მეთოდის არსი მდგომარეობს შემდეგში: აბონენტი იწყებს გადაცემას ქსელის განთავისუფლების შემთხვევაში. თუ წარმოიქმნება კოლიზიები, მაშინ მათ აღმოაჩენს ყველა აბონენტი, რის შედეგადაც ისინი წყვეტენ გადაცემას და იწყებენ გადაცემას გარკვეული ინტერვალის შემდეგ, რომლის ხანგრძლივობა შემთხვევით განისაზღვრება. ამიტომ განმეორებითი კოლიზიები ნაკლებად შესაძლებელია.

კიდევ ერთი გავრცელებული მეთოდი შემთხვევითი წვდომის - CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access With Collison Acoidance – მრავალჯერადი წვდომა გადამტანის კონტროლით და კოლიზიების თავიდან აცილებით) გამოიყენება Apple Localtalk ქსელებში. აბონენტი ქსელის განთავისუფლების შემთხვევაში აგზავნის მოკლე მმართველ პაკეტს და ელოდება განსაღვრული დროის განმავლობაში საპასუხო მოკლე პაკეტს მიმღები აბონენტისგან. თუ პასუხი არ აქვს, გადაცემა გადაიდება. თუ პასუხი მიიღო - გადასცემს პაკეტს. კოლიზიების მთლიანად თავიდან აცილება ვერ ხერხდება. ძირითადად ერთმანეთს ეჯახებიან მმართველი პაკეტები, რომელთა გამოვლენა ხდება მაღალ დონეებზე.

Mმსგავსი მეთოდები კარგად მუშაობენ ქსელში ინფორმაციის გაცვლის მცირე ინტენსივობის დროს. კავშირის მისაღები ხარისხის უზრუნველყოფა შესაძლებელია ქსელის 30-40% დატვრთვის შეთხვევაში (ე.ი. როცა ქსელი დაკავებულია ინფორმაციის გადაცემით მთელი დროის 30-40%-ით). Dდიდი დატვირთვის შემთხვევაში განმეორებითი დაჯახებები ისე ხშირდება, რომ ადგილი აქვს კოლაპსს ანუ ქსელის კრახს, რომელიც იწვევს მისი მწარმოებლობის დაცემას.