М. М. Мусаев компьютер тизимлари ва тармоқлари

Ярим дуплексли узатиш усули. Ажратиладиган Ethernet муҳити ўзида узатиш каналини акс эттиради, бунда тармоқ адаптери маълумотларни узатиш ва уларни навбат билан қабул қилиш амалини бажаради.
Навбатлар. Ethernet тармоғида буфер хотирали коммутаторнинг бўлмаслиги унда навбат йўқлигини билдирмайди. Бунда навбат тармоқ адаптерининг буфер хотирасига жойлаштирилган. Муҳит бошқа тармоқ адаптерларининг маълумот узатиши туфайли банд бўлган вақт давомида маълумотлар тармоқ адаптерига келиб тушади, лекин бу вақтда эса тармоққа узатилмайди, улар навбат ҳосил қилган ҳолда Ethernet адаптерининг ички буферида йиғила бошлайди. Шунинг учун ҳам Ethernet тармоғида пакетлар коммутация қилинувчи барча тармоқлардагидек кадрларни узатишда кечикишлар мавжуд бўлади.


5.3. CSMA/CD коллектив фойдалана олиш усули

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — олиб бориш частотани танувчи ва коллизияни аниқловчи жамоавий рухсат) усули Ethernet тармоғининг маълумотларни узатиш муҳитига рухсат олиш учун қўлланади. Бу усулдан фақат жамоавий рухсат олиш ҳолатидаги умумий шинали тармоқларда фойдаланилади.

Ажратиладиган муҳитга рухсат олишни таъминлаш босқичида ва тармоқ боғламаларининг тармоқ интерфейсини идентификация қилиш учун IEEE 802.3 стандарти билан аниқ белгиланган 6-байтли МАС-манзил деб аталувчи манзиллардан фойдаланади. Бу манзиллар тармоқ адаптерларини ишлаб чиқарувчи компания томонидан қурилмага доимий ўрнатилади, шунинг учун ҳам тармоқ адаптери алмаштирилганда шу компьютернинг тармоқ интерфейси манзили ҳам ўзгаради.
Одатда МАС-манзил тире ёки икки нуқта билан ажратилган олти жуфт ўн олтилик рақам кўринишида ёзилади, мисол учун 11-A0-17-3D-BC-01. Ҳар бир тармоқ адаптери албатта 48 битли (6 байт) битта МАС-манзилга эга бўлади.
Тармоқ адаптерини ишлаб чиқарувчи кўп сонли ишлаб чиқарувчилар ўртасида мумкин бўлган манзилларни тақсимлаш учун, манзилнинг қуйидаги структурасидан фойдаланилган (5.5-расм):
- манзил кодининг 24 кичик разряди OUA (Organizationally Unique Adress) деб аталиб, ташкилий ҳолда ноёб манзил ҳисобланади. Айнан шулар тармоқ адаптерларига ишлаб чиқарувчилар томонидан ўрнатилади (16 миллиондан ортиқ комбинацияси бўлади);
- мазил кодининг кейинги 22 разряди OUI (Organizationally Unique Identifier) деб аталиб, ташкилий ҳолда ноёб идентификатор ҳисобланади. IEEE стандарти ҳар бир тармоқ адаптери ишлаб чиқарувчи фирма учун бир ёки бир нечта OUI белгилайди. Бу эса ишлаб чиқарувчиларининг турли хил адаптерлар манзиллари бир хил бўлиб қолишининг олдини олади (4 миллиондан ортиқ турли хил OUI бўлиши мумкин). Ушбу иккита манзил коди биргаликда UAA (Universally Administertd Adress) деб аталади ва у универсал бошқарилувчи манзил ёки IEEE-манзил деб аталади;
- манзилнинг иккита катта разряди бошқарувчи ва манзил турини билдириб, қолган 46 разрядларни шархлаш усули ҳисобланади. I/G (Individual/Group) катта бит ушбу манзилни индивидуал ёки гуруҳли эканлигини аниқлайди. Агар у 0 га ўрнатилган бўлса, у ҳолда индивидуал манзил (битта тармоқ интерфейсини идентификация қилади), агарда у 1 га ўрнатилган бўлса, у ҳолда гуруҳли манзил эканлигини кўрсатади.

Гуруҳли манзиллашда пакетларни унга тегишли барча тармоқ адаптерлари оладилар, бундан ташқари гуруҳли манзил барча 46 кичик разрядлар билан аниқланади. Иккинчи бошқарувчи бит U/L (Univrsal/Local) ушбу тармоқ адаптерига манзил қандай ўзлаштирилганини (локал ёки марказлаштирилган IEEE 802 қоидаси бўйича) аниқлайди. Одатда у 0 га ўрнатилган бўлади.

Маълумотларни кенг эшиттиришли (бирдан кўпга) узатиш учун махсус ажратилган, 48 битнинг барчасида 1 ўрнатилган тармоқ манзилидан фойдаланилади. Жўнатилган маълумотларни индивидуал ва гуруҳли манзил бўлишидан қатъий назар тармоқнинг барча абонентлари қабул қилади.
Марказлаштирилган ҳолда тақсимланадиган манзилларнинг ноёблиги Ethernet, Token Ring ва FDDI асосий локал тармоқ технологияларининг барчасида тарқалади. Локал манзиллар ва уларни ноёблигини таъминлаш тармоқ маъмури зиммасига юкланади.
Муҳитдан фойдаланишнинг таъминлаш ва маълумотларни узатишни кўриб чиқамиз.
Белгиланган мақсадни соддароқ тушунтириш учун ҳар бир боғлама фақат битта тармоқ интерфейсига эга бўлади ва бу ҳолда CSMA/CD алгоритми асосида Ethernet тармоғида маълумот узатиш қандай юз беришини кўрамиз.
Кадрни узатиш имкониятини олиш учун аниқловчи интерфейс ажратилган муҳит бўш эканлигига ишонч ҳосил қилиш зарур. Бу эса ташувчи частота деб аталувчи сигналнинг асосий гармоникасини эшитиш орқали амалга оширилади.
Муҳитнинг «банд эмаслик» ҳусусияти ташувчи частоталарнинг бўлмаслигини билдиради. Бу частота Ethernet 10 Мбит/с технологиясининг барча вариантлари учун қабул қилинган манчестер кодлаш усулида жўнатилаётган бир ва ноллар кетма-кетлигига боғлиқ ҳолда 5-10 МГц тенг бўлади. Агар муҳит бўш бўлса, боғлама кадрларни узатиш ҳуқуқига эга бўлади. 5.6-расмда келтирилган мисолда 1-боғлама муҳит бўш эканлигини аниқлади ва ўзининг кадрларини жўната бошлайди. Классик Ethernet тармоғида коаксиал кабелда узатувчи ҳисобланган 1-боғлама сигналлари иккала томонга тарқалмоқда. Бу сигнални тармоқнинг барча боғламалари олишади. Маълумотлар кадри ҳар доим 7 байтли (ҳар бирининг қиймати 10101010) ва 8 байтли (ҳар бирининг қиймати эса 10101011) бўлган преамбула (кадрларни бошланиш қисми) ёрдамида кузатиб борилади. Охирги байт кадр бошини чекловчи номга эга. Преамбула узатувчига бит ва байтлаб, синхронлаб қабул қилувчига киритиш учун керак бўлади. Иккита кетма-кет бирнинг мавжуд бўлиши қабул қилувчига преамбула тугаганини ва кейинги бит кадр бошини билдиради.

Кабелга уланган барча станциялар ўзининг ички буферига жўнатилаётган кадрларнинг битларини ёзишни бошлайди. Кадрнинг биринчи 6 байтида етиб бориши керак бўлган манзил бўлади. Кадр сарлавҳасидан ўзининг манзилини билган (белгиланган) станция ўзининг ички буферига кадрни ёзишни давом эттиради, қолганлари эса кадрни қабул қилишни тўхтатади. Белгиланган станция қабул қилинган маълумотларга ишлов беради ва уларни ўзининг стеки бўйича юқорига узатади. Ethernet кадрида нафақат белгиланган манзил, балки маълумотларни жўнатувчи боғламанинг манзили ҳам бўлади, чунки унга жавоб қайтариш учун керак бўлади.

1-боғлама томонидан кадрларни узатиш вақтида 2-боғлама ўзининг кадрларини узатишни бошлашга ҳаракат қилди ва муҳит банд эканлигини, яъни ташувчи частота борлигини аниқлайди, шунинг учун 1-боғлама кадрларини узатишни тугатгунича 2-боғлама кутишга мажбур.
Кадрларни узатиш тугагач тармоқнинг барча боғламалари пакетлар оралиғидаги вақтга IPG (Inter Packet Gap) тенг (9,6 мкс) технологик танаффус (пауза) қилишлари керак. Бу пауза тармоқ адаптерларини бошланғич ҳолатига келтириш учун керак бўлади, бундан ташқари муҳитга биргина станция эгалик қилиш муаммосининг олдини олади. Технологик пауза тугаганидан сўнг боғламалар кадрларини узатиш ҳуқуқини олади, чунки узатиш муҳити бўш. Келтирилган мисолда 1-боғлама кадрларини жўнатиб бўлгунича 2-боғлама кутиб турди, кейин эса 9,6 мкс паузани амалга оширди ва ўзининг кадрларини узатишни бошлади.
Муҳитни эшитиш механизми ва кадрлар оралиғидаги пауза икки ёки ундан ортиқ станциялар бир вақтда муҳит бўшлигини аниқлаб, ўз кадрларини узата бошлаш ҳолатларини инкор этмайди. Бундай ҳолда коллизия юз беради, яъни умумий кабелда кадрлар тўқнашади ва ахборот бузилади.
Коллизия – бу Ethernet тармоғининг иш жараёнида нормал ҳолат ҳисобланади. Коллизия ҳолати юз бериши учун иккита станция айнан бир вақтда маълумот узатиши шарт эмас, бундай ҳолат камдан-кам учрайди. Кўп учрайдиган ҳолат - бу бир боғлама маълумотларини узатишни бошлаганида, оз вақт ўтиб, бошқа боғлама муҳитни текшириб, унинг бўшлигини аниқлагач (бундай ҳолда биринчи боғламанинг сигнали унга қадар етиб бормаган бўлади) ўзининг пакетларини узатишни бошлайди. Шундай қилиб, коллизиянинг пайдо бўлиши тармоқ боғламаларнинг ишлаш жараёнидаги масофа оралиқлари орқали келиб чиқади.
Коллизияга тўғри ишлов бериш учун барча станциялар бир вақтда кабелда пайдо бўлувчи сигналларни кузатиб туришлари керак бўлади. Агар жўнатилаётган ва кузатилаётган сигналдан фарқ қилса, у ҳолда CD (Collision Detec­tion) коллизия юз берганлиги аниқланади. Тармоқнинг барча станциялари коллизия эҳтимоллигини тезда аниқлашни ошириш учун коллизияни аниқлаган станция узининг кадрларини узатишни (келган жойида) тўхтатади ва коллизия ҳолатини кучайтириб тармоққа 32 битли jam – кетма-кетлиги деб аталувчи махсус жўнатмани узатади.
Коллизия аниқланганидан сўнг пакетларни жўнатаётган станция ўз ишини тўхтатишга ва тасодифий вақт оралиғи давомида қисқа пауза қилишга мажбур. Кейин эса яна муҳитга эгалик қилишга уриниши ва кадрларини узатиши мумкин.
Ethernet протоколининг барча параметрлари шундай йиғилганки, бунинг натижасида тармоқда коллизия аниқ билиб олинади.
Ethernet стандарти 46 байтда кадр маълумот майдонининг минимал ўлчамини аниқлайди (хизматчи майдонлар билан биргаликда кадрнинг минимал ўлчами 64 байтни, преамбула билан эса 72 байт ёки 576 битни ташкил қилади). Бу ҳолдан станциялар орасидаги масофа чекловини ҳисоблаш мумкин бўлади. Ethernet 10 Мбит/с стандартида минимал ўлчамдаги кадрни узатиш вақти 575 бит оралиғига тенг ва бунга мос ҳолда айланиш вақти 57,5 микросекунддан кам бўлмаслиги керак. Ушбу ҳолда сигнал ўтиши керак бўлган оралиқ кабель турига боғлиқ бўлади ва йўғон коаксиал кабелда бу қиймат 13280 метрга тенг. 57,5 микросекундда сигнал алоқа муҳити бўйлаб икки марта ўтишини ҳисобга олган ҳолда иккита боғлама орасидаги масофа 6635 метрдан кўп бўлмаслиги керак. Стандартда ушбу оралиқнинг катталиги бошқа жиддий чекловни ҳисобга олган ҳолда кичик танланган.
Юқорида саналган омилларни ҳисобга олган ҳолда кадрнинг минимал ўлчами ва тармоқ станциялари ўртасидаги мумкин бўлган оралиқ ўртасида муносабат ўрнатилган бўлиб, у тармоқ диаметри деб аталади. У 2500 метрдан ошиб кетмаслиги керак.
Тармоқ бўйича узатилаётган кадр форматини кўриб чиқамиз.
Ethernet технологиясининг стандарти МАС поғонасидаги ягона кадр формат кўрсатгичини беради. Шундай экан МАС поғонасидаги кадрда LLC поғонасидаги кадр жойлаштирилиши керак, бундай ҳолда IEEE стандартлари бўйича Ethernet тармоғида фақат кадрнинг канал поғонасидаги, яъни сарлавҳа МАС ва LCC остки поғоналарнинг комбинацияси бўлган варианти фойдаланилиши мумкин. Амалиётда Ethernet тармоқларининг канал поғонасида аппарат турига ва танланган маълумот алмашув протоколига боғлиқ бўлган турли хил форматдаги (ўлчамдаги) кадрлар фойдаланилади. Кадр форматларининг турли хиллиги биргина Ethernet кадрнинг стандарти билан бошқаришга мўлжалланган қурилма ва тармоқнинг дастурий таъминоти ишига мос келмаслиги мумкин. Бугунги кунда барча тармоқ адаптерлари, тармоқ адаптерларининг драйверлари, кўприклар/коммутаторлар ва маршрутизаторлар Ethernet технологиясининг амалиётда ишлатилаётган барча кадр форматлари билан ишлай олади, бундан ташқари кадр турларини аниқлаш автоматик бажарилади.
Ethernet кадрининг умумий узунлиги (5.7-расм) 512 битдан кам бўлмаслиги керак, бунда манзиллаш индивидуал (битта абонент учун), гуруҳли (бир неча абонент учун) ва кенг эшиттиришли (бир вақтда тармоқнинг барча абонентлари учун) бўлиши мумкин. Пакетга қуйидаги майдонлар киради.

Р (Preamble) преамбула – у нол ва бирлар кетма-кетлигидан (10101010) иборат 7 та синхронланувчи байтдан ташкил топган.

SFD (Start of Frame Delimer) кадрни бошланғич чекловчиси битта байтдан (10101011 комбинацияси) иборат ва у кейинги байт сарлавҳа эканлигини кўрсатади.
DA (Dtstantion Adress) белгиланган манзил майдони қуйидаги уч турнинг биттасидан иборат бўлиши мумкин: ягона қабул қилувчининг ноёб МАС-манзили, тармоқнинг бир неча боғламлари учун гуруҳли манзил ва барча абонентлар учун кенг эшиттиришли манзил. Амалиётда 6 байтдан иборат МАС-манзилдан фойдаланилади.
SA (Sourse Adress) жўнатувчи манзилининг майдони кадр жўнатувчининг МАС-манзилидан иборат бўлади. Унинг ҳажми 6 байт бўлиб, абонент қурилмасида ишлов берилади.
L/T (Length/Tape) бошқарув майдони маълумотлар майдонининг ўлчами ҳақидаги ахборотдан иборат бўлиб, унга дастур томонидан ишлов берилади.
Date маълумотлар майдони абонентга узатилаётган фойдали ахборотларни ташиб, унинг ҳажми 46 дан 1500 байтгача бўлиши мумкин.
FCS (Frame Check Sequence) назорат йиғиндиси майдони– у пакетнинг 32-разрядли назорат йиғиндисидан иборат бўлади.
Агар кадр сарлавҳаси кадрлар сарлавҳалари йиғиндисининг натижаси бўлса, у ҳолда кадр структурасига LLC-кадр формати (бошқарув майдони ва маълумотлар майдони орасига) қўшилади. LLC-кадрнинг махсус майдони маълумотларни демультиплекслаш учун ишлатилади. DSAP (Destination Service Access Point) майдони – қабул қилувчи хизматларининг кирувчи нуқтаси бўлиб, маълумот майдони хабари манзилланган протокол кодини сақлаш учун фойдаланилади (5.8-расм). Мос ҳолда SSAP (Source Service Access Point) майдони – жўнатувчи хизматларининг кириш нуқтаси бўлиб, маълумотлар жўнатилаётган протокол кодини кўрсатиш учун ишлатилади.

Ethernet тармоқнинг ўтказувчанлик хусусияти вақт бирлигида тармоқдан узатилаётган кадрлар сони ва маълумотлар майдонининг байти орқали аниқланади. Кадрнинг минимал ўлчами 72 байтга (576 битга) тенг бўлиб, узатиш вақти 57,6 микросекундни ташкил қилади. 9,6 микросекундли кадрлар оралиғидаги интервални ҳисобга олган ҳолда, кадрлар боришининг минимал вақти 67,1 микросекундни ташкил қилади. Бу ердан Ethernet тармоғининг мумкин бўлган максимал ўтказувчанлик хусусияти секундига 14 880 кадрни ташкил қилади.

Ethernet технологиясининг максимал ўлчамли кадри 1500 байтли маълумотлар майдонидан иборат, у хизматчи ахборотлар билан 1526 байт ёки 12208 битни ташкил қилади. Максимал ўлчамдаги кадрлар учун Ethernet сегментининг мумкин бўлган максимал ўтказувчанлик хусусияти 813 кадр/с бўлади. Шуниси ҳайратланарлики, катта кадрлар билан ишлаганда кўприклар, коммутаторлар ва маршрутизаторларга юклама сезиларли даражада камаяди.
Юқорида келтирилган характеристикалар тармоқ юкланмасини тўғри аниқлаш ва актив тармоқ қурилмасининг буфер хотирасини танлаш учун зарур бўлади. Келтирилган маълумот алмашинув стандартлар 10 Мбит/с тезликда ишловчи Ethernet тармоқнинг кўрсатгичи ҳисобланиб, бунинг асосида МАС остки поғона ва LLC канал поғонада CSMA/CD муҳитига кириш протоколи жойлашган бўлади.