Πρωτόκολλα τυχαίας προσπέλασης

Transcript

1 Πρωτόκολλα τυχαίας προσπέλασης Στα πρωτόκολλα αυτά δεν προκαθορίζεται ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η προσπέλαση των διαθέσιμων καναλιών από τους κόμβους. Επιτρέπουν σε οποιονδήποτε κόμβο να προσπελάσει οποιοδήποτε κανάλι σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή.

2 WDM δίκτυο εκπομπής και επιλογής Κόμβος 1 Τ R Κόμβος 2 Τ R Συζεύκτης Κόμβος 3 Κόμβος 4 Τ R Τ R

3 Πρωτόκολλο I-SA (Interleaved - Sloted Aloha) Πρόκειται για ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα MAC πρωτοκόλλου για δίκτυα εκπομπής και επιλογής. Οι κόμβοι θεωρούνται ως TT-FR. Ο όρος interleaved (παρεμβολή) αναφέρεται στην ανάθεση των καναλιών βάσης. Τα δεδομένα προς μετάδοση δημιουργούν πακέτα και τοποθετούνται σε ουρά. Κάθε φορά επιλέγεται προς μετάδοση το πακέτο στην κορυφή της ουράς. Ο χρόνος διαιρείται σε θυρίδες. Εάν δύο κόμβοι εκπέμψουν στο ίδιο κανάλι προκύπτει σύγκρουση και πρέπει να γίνει επαναμετάδοση των πακέτων. Πρόβλημα: Πως ενημερώνονται οι κόμβοι για τυχόν σύγκρουση. Ένας απλός τρόπος ενημέρωσης είναι μέσω επιβεβαιώσεων (aknowledgements)

4 Επιβεβαίωση λήψης του I-SA H χρονοθυρίδα (timeslot) περιλαμβάνει χρόνο για τη μετάδοση του πακέτου και για τη λήψη της επιβεβαίωσης. Συγκεκριμένα, το πακέτο μεταδίδεται και στο κόμβο του παραλήπτη: Αποκωδικοποιείται η κεφαλίδα. Επαληθεύεται η ακεραιότητα του μηνύματος μέσω κυκλικού ελέγχου πλεονασμού (CRC). Γίνεται συντονισμός στο κανάλι βάσης του μεταδότη και μεταδίδεται η επιβεβαίωση. Κατ αυτό τον τρόπο κάθε κόμβος μεταδότης ενημερώνεται για την έκβαση της μετάδοσής του μέχρι το τέλος της χρονοθυρίδας. Απουσία επιβεβαίωσης εκλαμβάνεται ως σύγκρουση και δρομολογεί επαναμετάδοση.

5 I-SA * Σε κάθε κόμβο υπάρχουν W διακριτές ουρές ανα κόμβο και μία για κάθε κανάλι. Με αυτό τον τρόπο επιλύονται προβλήματα συμφόρησης στην κεφαλή των ουρών. Χρησιμοποιούνται ρητές επιβεβαιώσεις (explicit acknowledgements). Δεν υπάρχει πλέον θέση στην θυρίδα για την επιβεβαίωση. Οι επιβεβαιώσεις μεταδίδονται ξεχωριστά ως πακέτα. Άρα η αποτυχία μιας μετάδοσης μπορεί να οφείλεται σε σύγκρουση πακέτων ή επιβεβαιώσεων. Ορίζεται απο το πρωτόκολλο η διάρκεια του χρόνου αναμονής (timeout) για τον οποίο πρέπει να περιμένει ένας κόμβος ώστε να θεωρεί επιτυχημένη την μετάδοση.

6 Σύγκριση I-SA και I-SA* To I-SA* εξαλείφει τα φαινόμενα συμφόρησης στην κεφαλή της ουράς. Το μέγεθος της θυρίδας πακέτου στο I-SA* είναι μικρότερο και αφορά μόνο τον χρόνο που απαιτείται για τη μετάδοση του πακέτου δεδομένων μόνο.

7 Πολυκαναλικό CSMA/CD Πρόκειται για εφαρμογή του ηλεκτρονικού CSMA/CD σε οπτικά δίκτυα WDM Ένας σταθμός που επιθυμεί να μεταδώσει ενα πακέτο αφουγκράζεται το κανάλι για την ύπαρξη φέροντος. Εάν είναι ελεύθερο προχωρά στην μετάδοση. Εάν δυο σταθμοί ανιχνεύσουν ταυτόχρονα σιγή και εκπέμψουν θα προκύψει σύγκρουση. Σε περίπτωση σύγκρουσης η εκπομπή διακόπτεται και ξαναρχίζει σε τυχαίο χρόνο. Για την υλοποίηση του παραπάνω πρωτοκόλλου απαιτείται μεταβλητός αποδέκτης για να ανιχνεύει όλα τα κανάλια. Το κόστος της παραπάνω υλοποίησης είναι υψηλό χωρίς να υπάρχει ανάλογη βελτίωση της απόδοσης με αποτέλεσμα να μην θεωρείται πρακτική λύση.

8 Πρωτόκολλα με συντονισμό πριν τη μετάδοση Τα πρωτόκολλα αυτά χρησιμοποιούν ένα ή περισσότερα κανάλια ελέγχου για το συντονισμό των κόμβων του δικτύου. Χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Με συγκρούσεις Χωρίς συγκρούσεις

9 Πρωτόκολλα με συγκρούσεις αποδέκτη Aloha/Aloha To Καθαρό πρωτόκολλο Aloha δεν έχει θυρίδες ούτε στο κανάλι ελέγχου ούτε στο κανάλι δεδομένων. Επιτρέπει την μετάδοση πακέτων ελέγχου (στο κανάλι ελέγχου) οποιαδήποτε στιγμή και στην συνέχεια πακέτων δεδομένων σε κάποιο άλλο κανάλι. Πρόκειται δηλαδή για ένα πρωτόκολλο πές και ξεκίνα. Κάθε έτοιμος προς μετάδοση κόμβος, πρώτα αναγγέλει στους άλλους κόμβους τον παραλήπτη και το κανάλι μετάδοσης και στην συνέχεια εκπέμπει τα δεδομένα. Το πρωτόκολλο επιτρέπει συγκρούσεις και στο κανάλι ελέγχου και στο κανάλι δεδομένων. Η αρχιτεκτονική του συστήματος είναι CC-TT-TR

10 Πρωτόκολλα με συγκρούσεις αποδέκτη Aloha/Aloha Μοντέλο δικτυου: WDM δίκτυο εκπομπής επιλογήςμε τοπολογία αστέρα με Ν κόμβους και W κανάλια (συνήθως N>W). Αρχιτεκτονική συστήματος CC-TT-TR (CC: Control Chanel) Πακέτο Ελέγχου SA DA λi 1 μονάδα χρόνου Πακέτο δεδομένων L μονάδες χρόνου SA: Διεύθυνση αποστολέα DA: Διεύθυνση προορισμού λi: Κανάλι που επιλέχθηκε για την μετάδοση

11 Επικίνδυνες χρονικές περίοδοι για το Aloha/Aloha Επικίνδυνη περιοχή για σύγκρουση στο κανάλι δεδομένων = 2L Επικίνδυνη περιοχή για σύγκρουση στο κανάλι ελέγχου = 2

12 Συγκρούσεις αποδέκτη στο Aloha/Aloha Συγκρούσεις αποδέκτη στο πρωτόκολλο Aloha/Aloha μπορούν να συμβούν στις εξής περιπτώσεις: Εάν γίνει μετάδοση πακέτου ελέγχου απο κάποιον άλλο κόμβο κατα το διάστημα (t 0 - L, t 0 + L) στο οποίο πακέτο προσδιορίζεται ο ίδιος κόμβος ως παραλήπτης ενώ η μετάδοση ζητείται να γίνει σε άλλο μήκος κύματος. Εάν σταλεί πακέτο ελέγχου στο μήκος κύματος λ 0 σε ενα κόμβο ο οποίος εκείνη τη στιγμή πραγματοποιεί λήψη σε κάποιο κανάλι δεδομένων.

13 Θυριδωτό Aloha/Θυριδωτό Aloha (Sloted Aloha/Sloted Aloha SA/SA) Έχει το ίδιο μοντέλο δικτύου με το Aloha/Aloha. Ο χρόνος διαιρείται σε θυρίδες. Το πακέτο ελέγχου έχει διάρκεια μιας χρονοθυρίδας Το πακέτο δεδομένων έχει διάρκεια L χρονοθυρίδων.

14 Θυριδωτό Aloha/Θυριδωτό Aloha Επικίνδυνη περιοχή για σύγκρουση στο κανάλι δεδομένων = 2L -1 Επικίνδυνη περιοχή για σύγκρουση στο κανάλι ελέγχου = 1

15 1η παραλλαγή του SA/SA (SA/SA(1)) Υλοποιείται σε δίκτυο εκπομπής και επιλογής με Ν κόμβους και W κανάλια με CC- TT-TR αρχιτεκτονική. Ο συγχρονισμός στα κανάλια ελέγχου και δεδομένων γίνεται έχοντας ως βάση την ίδια χρονική αναφορά που ονομάζεται κύκλος. Σε έναν κύκλο επιτρέπεται να μεταδοθούν πακέτα ελέγχου μόνο σε μια απο τις W μικροθυρίδες (minislots) ελέγχου. Υπάρχει μόνο μια θυρίδα δεδομένων μετά την W θυρίδα ελέγχου. Οι W μικροθυρίδες ελέγχου προανατίθενται με σταθερό τρόπο στα W κανάλια δεδομένων. Δηλαδή η μικροθυρίδα π.χ. 2 προανατίθεται στο κανάλι λ 2

16 1η παραλλαγή του SA/SA Παράδειγμα : Έστω οτι ένας κόμβος έχει ένα πακέτο δεομένων για το κανάλι 3. Θα μεταδώσει πρώτα ένα πακέτο ελέγχου στο κανάλι 3 και κατόπιν το πακέτο δεδομένων στο κανάλι 3 στην χρονοθυρίδα δεδομένων του ιδίου κύκλου. Εάν ένα πακέτο ελέγχου μεταδοθεί με επιτυχία τότε και το αντίστοιχο πακέτο δεδομένων θα μεταδοθεί με επιτυχία επίσης

17 2η παραλλαγή του SA/SA (SA/SA(2)) Πρόκειται για επέκταση του SA/SA (1) Ένας κόμβος που μεταδίδει ένα πακέτο ελέγχου στον i κύκλο θα μεταδώσει το αντίστοιχο πακέτο δεδομένων στον κύκλο i+1. Εάν ένα πακέτο ελέγχου μεταδοθεί με επιτυχία τότε και το αντίστοιχο πακέτο δεδομένων θα μεταδοθεί με επιτυχία επίσης

18 3η παραλλαγή του SA/SA (SA/SA(3)) Παρόμοιο πρωτόκολλο με το SA/SA(1) με τις εξής διαφορές: Ο αριθμός μικροθυρίδων είναι Χ Δεν υπάρχει σταθερή προανάθεση μικροθυρίδων σε κανάλι δεδομένων Ο κόμβος που θέλει να μεταδόσει μπορεί να εκπέμψει πακέτο ελέγχου σε οποιαδήποτε απο τις Χ θυρίδες και να εκπέμψει πακέτο δεομένων στην αντίστοιχη θυρίδα του ιδίου κύκλου. Δεν εξασφαλίζεται οτι η επιτυχημένη αποστολή πακέτου ελέγχου συνεπάγεται και επιτυχημένη αποστολή δεδομένων

19 4η παραλλαγή του SA/SA (SA/SA(4)) Επεκτείνει τη 3η παραλλαγή του SA/SA όπως το SA/SA (2) επεκτείνει το SA/SA(1)

20 5η παραλλαγή του SA/SA (SA/SA(4)) Πρόκειται για μια ειδική περίπτωση του SA/SA(4) όπου Χ=L

21 6η παραλλαγή του SA/SA (SA/SA(6)) Θεωρεί ασύγχρονους κύκλους για το κανάλι ελέγχου και τα κανάλια δεδομένων Κάθε κανάλι αντιστοιχεί σε μια μικροθυρίδα ελέγχου O κύκλος δεδομένων για το i κανάλι ξεκινάει ταυτόχρονα με την i χρονοθυρίδα ελέγχου. Περιλαμβάνει μια χρονοθυρίδα κενή και L χρονοθυρίδες για δεδομένα. Οι επαναμεταδόσεις των πακέτων δεδομένων που δεν μεταδόθηκαν με επιτυχία γίνεται πάντα στο ίδιο κανάλι με την αρχική προσπάθεια μετάδοσης.

22 Θυριδωτό Aloha/Aloha με καθυστέρηση Delayed SA/SA Πρόκειται για ένα πρωτόκολλο που βελτιώνει την διεκπεραιωτική ικανότητα των SA/SA πρωτοκόλλων. Ο κόμβος περιμένει πρώτα να επιβεβαιώσει την επιτυχία μετάδοσης του πακέτου ελέγχου και στη συνέχεια εκπέμπει τα δεδομένα. Ο κόμβος αποστολέας του πακέτου ελέγχου καθυστερεί την μετάδοση δεδομένων κατα χρόνο ίσο με τον χρόνο που απαιτείται για να φτάσει το πακέτο ελέγχου στο συζεύκτη αστέρα και να επιστραφεί στον κόμβο-αποστολέα. Εάν ο αποστολέας διαπιστώσει οτι το πακέτο ελέγχου συγκρούστηκε δεν προχωρά σε αποστολή των δεδομένων αλλά επιχειρεί επαναμετάδοση του πακέτου ελέγχου.

23 Παράδειγμα Delayed SA/SA Έστω οτι καθυστέρηση διάδοσης με επιστροφή λαμβάνεται ίση με R χρονοθυρίδες Εάν το πακέτο ελέγχου σταλεί στη χρονοθυρίδα [t 0,t 0 +1], τότε το αποτέλεσμα της μετάδοσης θα γίνει γνωστό στον αποστολέα τη στιγμή t 0 +R+1. Εάν η μετάδοση είναι επιτυχής το πακέτο δεδομένων μεταδίδεται στη θυρίδα [t 0 +R+1,t 0 +R+1+L] αντί της [t 0 +1,t 0 +1+L] στην οποία γίνεται η μετάδοση σε ένα πρωτόκολλο πες-και-ξεκίνα (tell-and-go)

24 Πρωτόκολλα χωρίς συγκρούσεις αποδέκτη Αυτά τα πρωτόκολλα με συντονισμό πριν τη μετάδοση έχουν τη δυνατότητα να εμποδίζουν τη μετάδοση πακέτων που μπορεί να εμπλακούν σε συγκρούσεις αποδέκτη. Ουσιαστικά ποτέ δε μεταδίδονται (περισσότερα του ενός) πακέτα δεδομένων στον ίδιο παραλήπτη σε διαφορετικά κανάλια την ίδια χρονική στιγμή.

25 Delayed SA/SA με επίλυση συγκρούσεων LCB CR Πρόκειται για μια παραλλαγή του Delayed SA/SA σε συνεργασία με μια μέθοδο επίλυσης σύγκρουσης που ονομάζεται LCB (Local Colission Blocking, with Contention Resolution) Αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται στον ομφαλό (hub) με κατάλληλο υλικό. Ο Ομφαλός παύει να είναι απλά παθητικός αλλά ασκεί ηλεκτρονική επεξεργασία. Σκοπός είναι, από μια σύγκρουση που θα κατέστρεφε όλα τα πακέτα ελέγχου να επιβιώσει ένα πακέτο το οποίο θα περάσει επιτυχώς απο τον συζεύκτη αστέρα. Εφαρμόζεται σε δίκτυα WDM εκπομπής-επιλογής με Ν κόμβους και W+1 μήκη κύματος. Τα λ 1...λ w χρησιμοποιούνται ως κανάλια δεδομένων και το λ 0 ώς κανάλι ελέγχου. Η αρχιτεκτονική είναι CC-FTFR-TTTR. Κάθε κόμβος διαθέτει ενα σταθερά συντονισμένο πομποδέκτη για το κανάλι ελέγχου και ένα μεταβλητό για τα κανάλια δεδομένων.

26 Οι μικροθυρίδες ελέγχου προανατίθενται στα κανάλια δεδομένων. Έστω παράδειγμα οπου η μετάδοση του πακέτου δεδομένων γίνεται στο κύκλο i στο λ 2. Η μετάδοση των δεδομένων θα πραγματοποιηθεί εάν ικανοποιούται οι συνθήκες: Το πακέτο ελέγχου επέστρεψε με επιτυχία διότι είτε ήταν το μοναδικό που μεταδόθηκε σε αυτή τη χρονοθυρίδα ελέγχου είτε ήταν αυτό που επιλέχθηθκε απο την μέθοδο επίλυσης συγκρούσεων. Δεν υπήρχε επιτυχημένη μετάδοση άλλου πακέτου ελέγχου το οποίο να δήλωνε τον ίδιο κόμβο παραλήπτη σε κάποια άλλη θυρίδα ελέγχου μέσα στον ίδιο κύκλο.

27 Mέθοδος επίλυσης συγκρούσεων LCB CR Οι κόμβοι που βρίσκονται γεωγραφικά κοντά, ομαδοποιούνται και σχηματίζουν ξεχωριστές ομάδες. Τα σήματά από κάθε ομάδα πολυπλέκονται και μεταφέρονται στον ομφαλό του δικτύου. Στον ομφαλό το κανάλι ελέγχου κάθε ομάδας εξάγεται ξεχωριστά. Τα πακέτα που μεταδίδονται στην ίδια θυρίδα από κόμβους της ίδιας ομάδας συγκρούονται τοπικά. Τα πακέτα αυτά εμποδίζονται από τον ομφαλό ενώ τα τοπικά επιτυχημένα περνούν στο συζεύκτη. Όταν δυο ή περισσότερα τοπικά επιτυχημένα πακέτα μεταδίδονται στην ίδια μικροθυρίδα τότε μόνο ένα θα περάσει στο συζεύκτη. Τα υπόλοιπαθα πρέπει και πάλι να μεταδοθούν αργότερα.