Технология реализации универсального множественного доступа

Технология реализации универсального множественного доступа

Предлагается технология реализации универсального множественного доступа к общей среде передачи данных, которая основана на стековом механизме anio. При этом на основе проведенного анализа существующих методов доступа предложен универсальный адаптивный стековый алгоритм, позволяющий достичь предельн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2006
1. Verfasser: Петришина, О.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2006
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6456
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Технология реализации универсального множественного доступа / О.В. Петришина // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2006. — № 5. — С. 80-85. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-6456
record_format dspace
spelling irk-123456789-64562010-03-05T12:00:49Z Технология реализации универсального множественного доступа Петришина, О.В. Предлагается технология реализации универсального множественного доступа к общей среде передачи данных, которая основана на стековом механизме anio. При этом на основе проведенного анализа существующих методов доступа предложен универсальный адаптивный стековый алгоритм, позволяющий достичь предельной производительности в сетях с множественным доступом к общей среде передачи данных. Technology of realization of universal plural access is offered to the general environment of data communication which is based on the stack mechanism of anio. Thus on the basis of the conducted analysis of existent access methods, an universal adaptive stack algorithm allowing to attain the maximum productivity in networks with plural access to the general environment of data communication is offered. 2006 Article Технология реализации универсального множественного доступа / О.В. Петришина // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2006. — № 5. — С. 80-85. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6456 681.324 ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Предлагается технология реализации универсального множественного доступа к общей среде передачи данных, которая основана на стековом механизме anio. При этом на основе проведенного анализа существующих методов доступа предложен универсальный адаптивный стековый алгоритм, позволяющий достичь предельной производительности в сетях с множественным доступом к общей среде передачи данных.
format Article
author Петришина, О.В.
spellingShingle Петришина, О.В.
Технология реализации универсального множественного доступа
author_facet Петришина, О.В.
author_sort Петришина, О.В.
title Технология реализации универсального множественного доступа
title_short Технология реализации универсального множественного доступа
title_full Технология реализации универсального множественного доступа
title_fullStr Технология реализации универсального множественного доступа
title_full_unstemmed Технология реализации универсального множественного доступа
title_sort технология реализации универсального множественного доступа
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate 2006
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6456
citation_txt Технология реализации универсального множественного доступа / О.В. Петришина // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2006. — № 5. — С. 80-85. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT petrišinaov tehnologiârealizaciiuniversalʹnogomnožestvennogodostupa
first_indexed 2025-07-02T09:23:33Z
last_indexed 2025-07-02T09:23:33Z
_version_ 1836526562044805120
fulltext Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2006, № 5 80 O.V. Petrishina TECHNOLOGY OF REALIZATION OF UNIVERSAL PLURAL ACCESS Technology of realization of univer- sal plural access is offered to the general environment of data commu- nication which is based on the stack mechanism of anio. Thus on the ba- sis of the conducted analysis of exis- tent access methods, an universal adaptive stack algorithm allowing to attain the maximum productivity in networks with plural access to the general environment of data commu- nication is offered. Предлагается технология реали- зации универсального множест- венного доступа к общей среде передачи данных, которая осно- вана на стековом механизме anio. При этом на основе проведенного анализа существующих методов доступа предложен универсаль- ный адаптивный стековый алго- ритм, позволяющий достичь пре- дельной производительности в се- тях с множественным доступом к общей среде передачи данных.  О.В. Петришина, 2006 УДК 681.324 О.В. ПЕТРИШИНА ТЕХНОЛОГИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА Введение. В Институте кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины была разрабо- тана технология универсального множест- венного доступа с целью повышения эффек- тивной производительности на канальном уровне, а также для динамической оптимиза- ции взаимодействия узлов локальной сети. Основу данной технологии составляет адап- тивный стековый алгоритм anio, который является надстройкой над классическим ме- тодом доступа CSMA/CD. Этот алгоритм ис- пользуется для улучшения характеристик дисциплины обслуживания стохастических запросов [1]. Он построен таким образом, что не требует разработки новой элементной ба- зы и позволяет реализовать его в уже суще- ствующих сетях Ethernet [2]. Практическая реализация данной технологии позволит дос- тичь граничной производительности. Постановка задачи. Для упрощения зада- чи стандартизации в процессе интеграции алгоритма, необходимо чтобы программная модель пересылки сообщений между компь- ютерами на базе операционной системы се- мейства Windows NT соответствовала семи- уровневой модели соединения открытых систем, международной организации по стандартизации (Open System Interconnection reference model, OSI ISO) [3, 4]. В официаль- ной терминологии модели OSI группа бит, посылаемая канальным уровнем, называется Physical Layer Service Data Unit (единица данных, обслуживаемая физическим уров- нем). На практике эту группу бит называют ТЕХНОЛОГИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2006, № 5 81 РИС. 1. Расположение алгоритма ANIO относительно Windows NT и OSI фреймом. Внедрение алгоритма anio должно быть выполнено на канальном уровне (рис. 1). Для практической реализации и вне- дрения алгоритма anio в стек протоколов сетевой архитекту- ры семейства Windows NT [5] на канальном уровне необходимо использовать NDIS (Network Dri- ver Interface Specification) спе- цификацию интерфейса сетевых драйверов, разработанную со- вместно Microsoft и 3Com для локальных вычислительных се- тей [6]. NDIS скрывает от раз- работчика особенности реали- зации сетевого адаптера и сете- вой операционной системы. Ал- горитм anio является надстрой- кой над CSMA/CD, расположен- ным на подуровне MAC каналь- ного уровня, где выполняется пересылка фреймов, ожидание подтверждения их получения и повторение передачи потерянных фреймов. Следовательно, алго- ритм anio должен работать на подуровне LLC над подуровнем MAC, канального уровня и выполнять функции управления доступом к среде передачи данных. Программное внедрение данной технологии требует затраты аппаратных и программных ресурсов. Для записи статистической информации создается по- ток LOG, а для организации стекового механизма  ANIO. Для обслуживания этих потоков требуются затраты процессорного времени. Программная реализа- ция стека ANIO обусловливает получения МАС адреса узла, осуществившего передачу в реальном масштабе времени. Для этого сетевой адаптер должен быть переведен в режим PROMISCUOS. Этот режим предполагает программную об- работку большого количества пакетов, которые сетевой адаптер получает из се- ти, что требует дополнительных ресурсов системы. В результате работы стек должен выдавать информацию о том, что наступила очередь передачи пакета (для реализации доступа к среде передачи данных по данному алгоритму). До наступления очереди передачи пакеты, готовые к отправке нужно хранить в бу- фере, для которого необходимо выделить память. Все это может привести к снижению производительности. Поэтому в данной работе рассматриваются тех- нология и алгоритмы реализации универсального множественного доступа, обеспечивающие рациональное использование системных ресурсов. Состояние проблемы. Для изучения характеристик программной реализа- ции алгоритма и их влияния на производительность всей системы, эффективно- сти и целесообразности применения в процессе обмена по сети необходимо про- прикладной представления сеансовый транспортный сетевой канальный физический Сетевые приложения (*.exe) API функции (*.dll) Драйвер TDI (tcpip.sys) N D IS (n d is .s y s ) Драйвер адаптера (*.sys) Сетевой адаптер Драйвер фильтр (anio.sys) ANIO CSMA/CD Сервисы режима ввода/вывода Д и с п е т ч е р в в о д а /в ы в о д а 1 2 3 4 5 6 7 L L C M A C K E R N E L H A L U S E R Модель OSI Семейство Windows NT О.В. ПЕТРИШИНА Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2006, № 5 82 вести исследования. Для этого была разработана инструментальная среда [7], позволяющяя осуществлять разработку и отладку сетевого программного обес- печения, исследовать характеристики, влияющие на производительность опера- ционной системы и сетевого адаптера, выполнять работы по оптимизации про- граммной реализации алгоритма, а также выявлять недочеты самого алгоритма. Методы решения задачи. Исходя из описания алгоритма anio [8], предпо- лагается, что каждый узел сети включает унифицированный стековый меха- низм. Общее количество ячеек N в стеке равно максимальному количеству узлов в конкретной сети. },...,,...,,{ 21 Nj nnnnN  – множество станций, допускаемых методом доступа в канал CSMA/CD для работы в локальной сети. Пусть NM ,20  – количество станций в локальной сети, где N – количество элемен- тов множества N. Положим, что 0,2 MM  – множество станций, подключен- ных в локальную сеть. Тогда },...,...,,{ 11 11 2 1 1 11 Mi mmmmM  – множество активных станций, имеющих данные для передачи; MM ,21  – количество элементов множества 1M ; },...,...,,{ 22 22 2 2 1 22 Mi mmmmM  – множество неактивных станций, включенных в сеть, работающих в автономном режиме, где 12 ,0 MMM  – количество элементов множества 2M ; },...,...,,{ 33 33 2 3 1 33 Mi mmmmM  – множество пассивных станций, не включенных в сеть; 213 ,0 MMMM  – количе- ство элементов множества 3M ; },...,...,,{ 44 44 2 4 1 44 Mi mmmmM  – множество станций, которые в процессе информационного обмена завершают работу в сети и переходят из режима 1M в режим станций множества 2M или 3M ; },...,...,,{ 55 55 2 5 1 55 Mi mmmmM  – множество станций, которые начинают прини- мать участие в процессе информационного обмена и переходят из режимов множества станций 2M или 3M в режим множества станций 1M . Функциони- рование стека реализуется в трех режимах: начальный режим формирования стека, стационарный режим, рабочий режим. Исходя из общего принципа множественного доступа к общей среде пере- дачи данных по алгоритму anio, разработан принцип организации работы алго- ритма относительно каждой отдельно взятой станции, которая осуществляет об- мен данными по данному алгоритму. Это позволит изучить процессы, происхо- дящие в каждой станции во время передачи данных, и разработать программную реализацию протокола доступа к каналу по алгоритму anio. Так как алгоритм anio работает на канальном уровне, то в качестве адреса станции необходимо брать МАС адрес, размер которого 6 байт. Исходя из этого, для программной реализации алгоритма, разработана структура элемента стека и набор функций для работы с ним. ТЕХНОЛОГИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2006, № 5 83 Входными данными для стека является МАС адрес. Первый полученный МАС адрес интерпретируется как МАС адрес локального компьютера, помеща- ется в стек и никогда не удаляется. Все последующие МАС адреса – МАС адре- са узлов, получивших доступ к среде передачи данных в данный момент време- ни. Если МАС = NULL то это означает, что произошел таймаут. В таблице пред- ставлены функции работы со стеком, которые должен поддерживать алгоритм. Необходимо также отметить наличие двух режимов работы: активный (А) и не- активный (Н). Активный режим предполагает, что МАС адрес локального узла находится в стеке в любой позиции, и как только он оказывается на дне стека, разрешается передача пакета в сеть. В неактивном режиме МАС адрес локально- го узла все время находится на дне стека и в любой момент времени разрешена передача пакета в сеть. Как только пакет будет передан в сеть, станция перехо- дит в активный режим. При переходе станции из множества 3M пассивного ре- жима в активный у станции постепенно сформируется полный стек. При этом станция принадлежит множеству 5M . Станции, принадлежащие множеству 5M , постоянно инициируют внеочередную передачу данных. Как только у та- кой станции будет полностью сформирован стек, она перейдет из множества станций 5M в множество станций 1M . ТАБЛИЦА. Функции работы со стеком anio Если станция принадлежит множеству 1M , т.е. находится в активном режи- ме, она выполняет вращение стека и участвует в обмене в соответствии с оче- редностью в стеке. В случае, если у станции нет данных для передачи в сеть, она пропускает собственную передачу, но вместо того чтобы удалить свой адрес из стека, она переходит к множеству станций 2M в неактивный режим. В неак- тивном режиме во время вращения стека станция удерживает собственный ад- рес на дне стека и поддерживает в актуальном состоянии содержимое стека. Р еж и м Событие Функции Пример относительно станции «9» П р и р о ст эл ем ен то в С м ен а р еж и м а О ж и д ат ь Д о б ав и ть С р ав н и ть У д ал и ть Ожи- дать Добавить и сравнить Удалить ак ти в н ы й Таймаут (АН) + – – – 5 1 3 9 5 1 3 9 5 1 3 [9] 0 А  Н Таймаут (АА) + – – + 1 3 9 5 1 3 9 5 1 3 9 –1 А  А Очередной + + + + 5 1 3 9 9 5 1 3 9 9 5 1 3 0 А  А Внеочередной + + + + 5 1 3 9 3 5 1 3 9 3 5 1 9 0 А  А Новый + + + – 5 1 3 9 7 5 1 3 9 7 5 1 3 9 +1 А  А н еа к ти в н ы й Таймаут + – – + 5 1 3 [9] 5 1 3 [9] 5 1 [9] –1 Н  Н Очередной + + + + 5 1 3 [9] 3 5 1 3 [9] 3 5 1 [9] 0 Н  Н Внеочередной (НА) + + + + 5 1 3 [9] 9 5 1 3 [9] 9 5 1 3 0 Н  А Внеочередной (НН) + + + + 5 1 3 [9] 1 5 1 3 [9] 1 5 3 [9] 0 Н  Н Новый + + + – 5 1 3 [9] 7 5 1 3 [9] 7 5 1 3 [9] +1 Н  Н О.В. ПЕТРИШИНА Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2006, № 5 84 Как только у станции появляются данные для передачи, она может перейти из множества 2M к множеству 1M и начать передачу данных. Такая станция не будет инициировать внеочередную передачу. В пассивном режиме станция не имеет возможности поддерживать в акту- альном режиме содержимое стека, и в случае необходимости передачи данных, имеет право внеочередной передачи. Стек anio постоянно находиться в режиме ожидания захвата канала (рис. 2, а). Процесс добавления нового элемента в стек сводится к добавлению на вершину стека адреса станции, получившей доступ к среде передачи данных (рис. 2, г). Далее выполняется сравнение с остальными элементами стека, что дает возможность убедиться  появилась ли новая станция. В случае, если в сте- ке отсутствует такой адрес, удаление из стека не осуществляется (рис. 2, е). Это позволяет увеличить количество элементов в стеке на единицу. Процесс удаления элемента из стека возможен только в случае наступления таймаута и сводится к сравнению собственного адреса станции с элементом на дне стека, чтобы исключить возможность удаления из стека собственного адре- са. Если на дне стека обнаружен собственный адрес, удаление из стека не осу- ществляется, и станция переходит из активного режима в неактивный. В осталь- ных случаях элемент, расположенный на дне стека, удаляется (рис. 2, б). Это позволяет уменьшить количество элементов в стеке на единицу. Процесс вращения стека (движение очереди) сводится к добавлению на вершину стека адреса станции, получившей доступ к среде передачи данных. ... pAnioCur->next pAnioCur pAnioCur->prev prevnext next prev б pAnioNew i pAnioCur->next pAnioCur …. pAnioCur->prev next prev prev prev next next prev next д pAnioNew ... pAnioCur->next pAnioCur pAnioCur->prev next prev prev prev next next next prev е pAnioNew ... pAnioCur->next pAnioCur pAnioCur->prev prev prev next next next prev вa ... pAnioCur->next pAnioCur pAnioCur->prev next prev prev next next prev pAnioNew ... pAnioCur->next pAnioCur pAnioCur->prev next prev prev prev prev next next next pAnioNew г РИС. 2. Режимы работы стека anio: a – ожидание; б – таймаут; в – очередной; г – передача; д – внеочередной; е – новый а б в г д е ТЕХНОЛОГИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2006, № 5 85 Далее выполняется сравнение с остальными элементами стека. Это дает возможность убедиться в том, что очередная (рис. 2, в) или внеочередная (рис. 2, д) станция получила доступ к каналу и начала передачу. Затем найденный эле- мент со дна стека или с i-й позиции удаляется из стека, чтобы не допустить по- вторение адресов. Это позволяет сделать один шаг очереди. Тогда количество адресов в стеке не изменяется. Следует отметить, что базовые операции работы со стеком избыточны. Для организации стекового механизма anio [8] достаточно всего две операции сдвига АСДЧ и АСДП. Поскольку АСДП является частным случаем АСДЧ (где i=1), то можно ограничиться единственной операцией сдвига АСДЧ, которая необходи- ма для удаления i-го элемента из стека. Событие разрешения передачи наступает в момент, когда на дне стека обнаружен собственный адрес. Заключение. Изучен и описан стековый механизм с точки зрения про- граммной реализации на станции, которая будет работать по данному алгорит- му. Проведѐн анализ и определено, что стековый алгоритм anio работает на ка- нальном уровне. Поэтому его следует внедрить в операционную среду на базе операционной системы семейства Windows NT, на уровне ядра в виде драйвера- фильтра, который будет взаимодействовать с NDIS (ndis.sys). Разработан про- граммно-ориентированный стек, который может быть программно реализован в виде отдельного класса и внедрен в драйвер-фильтр. Драйвер фильтр должен обеспечить стек информацией о МАС адресах станций, получивших в данный момент доступ к среде передачи данных или сигнал наступления таймаута. Стек должен информировать драйвер-фильтр о наступлении очереди передачи. Драй- вер-фильтр должен обеспечить возможность управления отправкой пакетов в сеть (задержка передачи и разрешение передачи). Для минимизации задержек в работе и оптимизации использования ресурсов в процессе внедрения стекового механизма anio в операционную среду была разработана и апробирована ориги- нальная реализация технологии универсального множественного доступа. 1. Алишов Н.И. Универсальный метод CSMA/CD // Тр. Междунар. конф. «Локальные вы- числительные сети». – Рига, 1990. – С. 322 – 325. 2. Шварц М. Сети связи // Протоколы, моделирование и анализ. Часть II. – М.: Наука, 1992. – С. 53 – 63. 3. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети // Принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2002. – C. 67 – 79. 4. Шайберг С. Недокументированные возможности Windows 2000 // Библиотека програм- миста. – СПб.: Питер, 2002. – C. 146 –181. 5. Сорокина С.И., Тихонов А.Ю., Щербаков А.Ю. Программирование драйверов и систем безопасности: Учеб. пособие. – СПб.: БХВ-Петербург; М.: Издатель Молгачева С.В., 2002. – С. 161–167. 6. Текущая версия NDIS 3.0 ftp://ftp.microsoft.com/misc/ndis.doc 7. Петрішина О.В. Інструментальне середовище дослідження множинного доступу в лока- льних мережах // Вісті академії інженерних наук України.– 2005.– № 4 (27).– С. 38 – 40. 8. Алишов Н.И. Адаптивный стековый алгоритм универсального множественного доступа в распределенных системах и сетях компьютеров // УСиМ. – 2004. – № 2. – С. 59 – 72. Получено 23.02.2006

Ähnliche Einträge