Komutacja w LAN





Systemy komutacyjne ze wspólnym mediumĆwiczenie można wykonać
'on line' 
lub pobrać
gotowego zip'a.

Podstawową klasą systemów telekomunikacyjnych ze wspólnym medium
transmisyjnym są tradycyjne sieci lokalne (LAN, Local Area
Networks). Ograniczonym zasobem, o którego zajęcie ubiegają się użytkownicy
(abonenci), jest tu medium transmisyjne (ośrodek rozchodzenia się sygnału).
Medium transmisyjne występuje w postaci jednorodnego odcinka bądź zbioru
połączonych odcinków, traktowanych logicznie jako całość. W porównaniu do
tradycyjnych sieci telekomunikacyjnych, sieci lokalne posiadają następujące
cechy szczególne:

droga sygnału we wspólnym medium jest jedna (wciąż "ta sama"), a zatem
zanika komutacja rozumiana jako wybór drogi połączeniowej spośród wielu
możliwych
 zajmowanie medium transmisyjnego zachodzi w wyniku skoordynowanej
akcji wszystkich urządzeń dołączonych do sieci (zwanych stacjami), a
nie na podstawie decyzji elementu centralnego ("centrali") - takiego elementu
centralnego nie ma. Jak widać, odtworzenie funkcji tradycyjnej
sieci telekomunikacyjnej w sieci lokalnej wymaga, by wszystkie stacje sieci
realizowały ustalony algorytm dostępu do medium. Ten algorytm opisuje
koordynację działań poszczególnych stacji, dlatego mówimy też o protokole
dostępu do medium (MAC, Medium Access Control).
Jak każdy protokół, także protokół MAC jest zdefiniowany pomiędzy jednostkami
(automatami, modułami MAC, funkcjami) działającymi w poszczególnych stacjach.
Obecność i wzajemne powiązania funkcji opisuje się, definiując architekturę
logiczną systemu. Dla tradycyjnych systemów telekomunikacyjnych taką
architekturą jest ISO OSI. Systemy sieci lokalnych zawierają funkcje MAC (nie
występujące w systemach tradycyjnych), dlatego ich architektura logiczna jest
inna (zmodyfikowana). W tej architekturze występuje m.in. warstwa MAC, w
której znajdują się jednostki MAC. W największym skrócie można powiedzieć, że
zadaniem warstwy MAC jest przydzielanie poszczególnym stacjom prawa do użycia
medium transmisyjnego na chwilę (na czas nadania jednej porcji informacji o
ograniczonej długości). W odróżnieniu od multipleksacji czasowej, to
przydzielanie następuje na żądanie i w ramach chwilowych
możliwości.
To, że mówimy o protokole MAC, nie musi oznaczać, że poszczególne moduły MAC
rzeczywiście i jawnie komunikują się pomiędzy sobą, wymieniając wiadomości.
Istnieje także możliwość wzajemnego "obserwowania się" i "domyślania się", jak
postąpi jednostka odległa. Istnieje wiele różnych protokołów dostępu do medium,
zależnych m.in. od topologii systemu i wyznaczających "rodzaje" sieci
lokalnych. Każdy taki protokół wypełnia jednak takie same funkcje:

  przyjęcie od użytkownika danej stacji porcji danych (pakietu) do
nadania
  zajęcie medium transmisyjnego, w sposób właściwy dla danego
protokołu MAC
  nadanie ramki, zawierającej adres odległej jednostki MAC
 jak najszybsze zwolnienie medium, dzięki czemu inna stacja
oczekująca będzie mogła nadawać Ponadto każda jednostka MAC zajmuje
się zadaniami czysto technicznymi, jak:

  formowanie ramek zawierających informację do przesłania (przesyła
się zawsze ograniczoną porcję informacji - pakiet)
  odrzucanie ramek przekłamanych
  rozpoznawanie własnego adresu
Poza oczywistymi różnicami koncepcyjnymi, poszczególne protokoły MAC
różnią się m.in. następującymi cechami:

 determinizm: w protokole deterministycznym istnieje górna granica
czasu oczekiwania  na zajęcie medium transmisyjnego;
  priorytety: w protokole obsługującym priorytety stacja pragnąca
nadać "pilną" ramkę uzyska dostęp do medium przed innymi stacjami. W
niektórych protokołach MAC daje się wyróżnić złożoną część służbową, związaną z
organizowaniem pracy sieci jako całości. Na przykład, w sieci Token Ring stacje
wspólnie wybierają spośród siebie jedną stację-monitor, która następnie będzie
wykonywać szczególne funkcje transmisyjne (np. zadawanie szybkości transmisji,
wspomaganie synchronizacji bitowej) oraz logiczne (np. usuwanie
"zagubionych" ramek).  
Przygotowanie do ćwiczenia:

  Zapoznać się z podstawowymi zagadnieniami dotyczącymi tematyki
ćwiczenia:

  pierwotne założenia co do rodzaju ruchu obsługiwanego przez sieć
lokalną ("bursty traffic")
 topologie sieci lokalnych (pierścień, szyna)
  architektura logiczna dla sieci lokalnych
  zasada działania podstawowych algorytmów dostępu do medium i
główne cechy tych algorytmów (Aloha, CSMA, CSMA/CD=Ethernet, token
ring, dla  zainteresowanych - także token bus, slotted ring i register
insertion ring)
 adresowanie (indywidualne, grupowe, broadcast)
Rozważyć zastosowanie sieci lokalnej ze wspólnym medium do zbudowania
"centrali telefonicznej":

 przemyśleć architekturę takiego systemu
 rozważyć parametry, wady i zalety systemu
Przebieg ćwiczenia:Należy pobrać z programy demonstracyjne (symulatory)
ze strony www (patrz nagłówek instrukcji). Programy działają na platformie
DOS/Windows na komputerach PC. Na podstawie analizy symulacji należy
rozwiązać poniższe problemy:
CSMA/CD:

Jak działa mechanizm wstrzymywania się od transmisji po wystąpieniu
kolizji ('back-off')? Na symulacji wygenerować wiele kolejnych kolizji.
Zaobserwować kolejność poprawnych transmisji.
 Jaki błąd działania protokołu wystąpi przy ustawieniach:
LENGTH=2500,SIZE=500, RATE=100? Dlaczego?
Token Ring:

 Narysować (z uwzględnieniem zawartości nagłówka ramki) przebieg
procedury usuwania przekłamanej ramki z pierścienia.
Dodatkowo - Token Bus:

 Z czego wynika, że na symulacji obserwujemy dwa tokeny np. TK_13 i
TK_21?
W jakim celu wysyłana jest ramka SS_X?
Dokumentacja:Krótkie sprawozdanie wraz z rozwiązaniem wyżej
zdefiniowanych problemów należy przedstawić w postaci pisemnej.
Materiały źródłowe:

  wiadomości podane na wykładzie
  pełniejsze informacje: K.M.Brzeziński, "Sieci lokalne" (pozycja w sieci)
  opcjonalnie: A.Wolisz, "Podstawy lokalnych sieci komputerowych" tom
1



Symulacje protokołów warstwy MAC
CSMA/CDSymulacja-applet
Token RingSymulacja  Help
Symulacja-applet 
tylko 'on-line'!!!
Token BusSymulacja



Wszystko do pobrania (instrukacja + programy
symulacyjne - ZIP 240 kB)
Dodatkowo: skrypt K.Brzeziński "Sieci lokalne" (PDF -
ok.1MB)