Реферат: Блок доступа к моноканалу ЛВС

МинистерствообразованияРеспубликиБеларусь

БелорусскийГосударственныйУниверситетИнформатикии Радиоэлектроники

Кафедра ЭВМ

Пояснительнаязаписка

ккурсовомупроекту покурсу

«Вычислительныекомплексы, системы и сети»

натему:

"Проектированиеблока доступак моноканалуЛВС”

Выполнил:

студент группы500501

БалахоновЕ.В.

Проверил:

ЖеребятьевВ.И.

Минск2000

Содержание

Введение.

Широкое распространениекомпьютерныхсетей преждевсего обусловленоих высокойэкономическойэффективностью.В бизнесесвоевременноеобладаниенеобходимойинформацией– залог успеха.При построениисистем АСУТПиспользованиекомпьютерныхсетей позволяетнадежно связыватьканалами передачиинформацииразнородныеустройства, часто находящиесяна значительномудалении другот друга и оперативноуправлятьтехнологическимпроцессом сточностью искоростью, недоступнымидля человека.Банковскиерасчетныесистемы ужедавно не обходятсябез сервисов, предоставляемыхкомпьютернымисетями.

В последнеевремя компьютерныесети в лицеInternet приобрелибольшое значениекак образовательные, информационныеи развлекательныесредства, ввидутого, что ониреализуют всебе широчайшийспектр возможностей.Благодаря имInternet называют6-м континентом, местом, гдегеографическоеположениеобъектов абсолютноне важно.

Бурное развитиекомпьютерныхсетей началосьв начале 80-х годов.Только в 1983году былопредоставленооколо 100 типовлокальныхвычислительныхсетей, отличающихсятипом абонентов(станций) подключаемыхк сети, типомЭВМ (от микро-ЭВМ до больших вычислительных систем), номенклатурой, подключаемыхабонентскихкомплексов, средой передачиданных, стоимостнойпроизводительностью, архитектуройи т.д. Однаково многом успехразвития локальныхвычислительныхсетей определяетсяих доступностьюмассовомупользователю, с одной стороны, и теми социально-экономическимипоследствиями, которые онивносят в гибкиеавтоматизированные комплексы в различныхсферах человеческойдеятельности, с другой стороны.Поэтому в настоящеевремя наиболеераспространенытолько несколькостандартовпостроениякомпьютерныхсетей, которыенаиболеесоответствуютуказаннымтребованиям.Это преждевсего Ethernetи его модификации,FDDI, Token Ringи некоторыедругие.

1. Постановказадачи

Задание: Спроектироватьблок управлениядоступом кмоноканалуЛВС.

Метод доступак моноканалу:циклическийопрос с приоритетами.

Топология:кольцо.

Число станций:25.

Длина поляданных кадра:32байта.

Максимальнаядлина сообщения:1,5Кб.

Элементнаябаза: ТТЛ.

2. Разработкаструктурнойсхемы
2.1. Суть методациклическогоопроса с приоритетами

Этот методуправленияприменяетсяв ЛВС кольцевойконфигурации.Кадр, используемыйздесь, включаетв себя все поляобычного кадра, а также специальнуюслужебнуючасть, котораяприменяетсядля управлениямоноканалом.Каждая станция, присоединеннаяк моноканалу, владеет однимразрядом вслужебнойчасти, которыйможет приниматьединичное илинулевое значение.Процедурапередачи информациивключает тритакта. На первомтакте станции, имеющие информациюдля передачи, помещают в свойразряд служебнойчасти единичныйбит. На второмтакте станции, поместившиеединичный битв служебныйразряд, на всехпредыдущихтактах осуществляютсчитываниеслужебной частикадра и проверяютпоместили листанции, имеющиевысший приоритет, единичные битыв свои служебныеразряды. Еслиприоритеттекущей станциистановитсянаивысшим, тоона захватываетмоноканал иначинает передаватьинформациюпо третьемутактовомусигналу. Достоинствомданного метода: отсутствиеконфликтныхобращений кмоноканалу, простота аппаратнойи программнойреализации, небольшое количество дополнительнойслужебнойинформации.Основной недостатокметода — низкая скоростьработы станцийво время обменаслужебнойинформацией.

2.2. Топологиялокальных сетей

Локальная сеть представляет собой системураспределеннойобработкиинформации, состоящую какминимум из двухкомпьютеров, взаимодействующихмежду собойс помощью специальныхсредств связи.Компьютеры, входящие всостав сети, выполняютдостаточноширокий кругфункций, основнымииз которыхявляются:

организация доступа к сети;

управление передачей информации;

предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети.

В свою очередь, средства связипризваны обеспечитьнадежную передачуинформациимежду компьютерамисети.

Конечно, компьютернаясеть можетсостоять и издвух компьютеров, но, как правило, их число в сетисущественнобольше. Приэтом компьютернаясеть не являетсяпростым объединениемкомпьютеров, а представляетсобой достаточносложную систему.Любая компьютернаясеть характеризуетсятопологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническимии программнымисредствами.

Топологиякомпьютернойсети отражаетструктурусвязей междуее основнымифункциональнымиэлементами.В зависимостиот рассматриваемыхкомпонентов, принято различатьфизическуюи логическуюструктурылокальныхсетей. Физическая структура определяет топологиюфизическихсоединениймежду компьютерами.Логическаяструктура определяет логическую организациювзаимодействиякомпьютеровмежду собой.Дополняя другдруга, физическаяи логическаяструктуры даютболее полноепредставлениео компьютернойсети.

Под сетевымитехническимисредствамиподразумеваютсяразличныефизическиеустройства, обеспечивающиеобъединениекомпьютеровв единую компьютернуюсеть.

Протоколыпредставляютсобой правилавзаимодействияфункциональныхэлементов сети.

Интерфейсы— средствасопряженияфункциональныхэлементов сети.В качествефункциональныхэлементов могутвыступать какотдельныеустройства, так и программныемодули. Соответственноэтому, существуютаппаратныеи программныеинтерфейсы.

Сетевые программныесредства осуществляютуправлениеработой компьютернойсети и обеспечиваютсоответствующийинтерфейс спользователями.К сетевым программнымсредствамотносятсясетевые операционныесистемы ивспомогательные(сервисные)программы.

Каждая изсоставляющихлокальной сетихарактеризуетее отдельныесвойства, итолько ихсовокупностьопределяетвсю сеть в целом.Таким образом, выбор локальнойсети заключаетсяв выборе еетопологии, протоколов, аппаратныхсредств и сетевогопрограммногообеспечения.Каждый из этихкомпонентовявляется относительнонезависимым.Например, сетис одинаковойтопологиеймогут использоватьразличныеметоды доступа, протоколы исетевое программноеобеспечение.В свою очередь, в разных сетяхмогут использоватьсяодинаковыепротоколы и(или) сетевоепрограммноеобеспечение.Это, с однойстороны, расширяет

возможностьвыбора наиболееоптимальнойструктуры сети, а с другой— усложняетэтот процесс.

2.3. Базовыесетевые топологии

При созданиисети, в которойиспользуютсятолько сетевыеадаптеры без таких средств, как маршрутизаторы, концентраторыи т.п., может бытьреализованаодна из трехсетевых топологий: звездообразная, шинная иликольцевая.Звездообразнаясеть (рис 1)характеризуетсяналичием центральногоузла коммутации— сетевогосервера, к которому(или через который)посылаютсявсе сообщения.В этом случаена сетевойсервер, кромеосновных функции, могут бытьвозложеныдополнительныефункции посогласованиюскоростейработы станцийи преобразованиюпротоколовобмена. Этопозволяет врамках однойсети объединятьразнотипныерабочие станции.

В настоящеевремя распространеннесколькодругой видзвездообразнойконфигурациисети. В нем вместосетевого сервераиспользуетсяспециализированноеустройство, которое можетбыть как простымповторителем(усилителем)сигналов, таки сочетать всебе достаточносложные функциимаршрутизатора.Такая технологияиспользуетсяв сети Ethernetпри соединенииустройств черезвитую пару.

/>Рис1. Звездообразнаятопология

Наряду с определеннымипреимуществами, подобные локальныесети имеют иряд недостатков.В частности, при подключениибольшого числарабочих станцийподдержаниевысокой скорости коммутации требует значительныхаппаратныхзатрат. Крометого, значительнаяфункциональнаянагрузка центральногоузла определяетего сложность, что, естественно, сказываетсяна надежности.Однако практикапоказывает, что надежностьтаких устройствсегодня вполнедостаточная.

В сетях с шиннойтопологией(рис. 2) рабочиестанции с помощьюсетевых адаптеровподключаютсяк общей магистрали(шине). Аналогичнымобразом к общеймагистралиподключаютсяи другие сетевыеустройства.В процессеработы сетиинформацияот передающейрабочей станциипоступает наадаптеры всехрабочих станций, однако воспринимаетсятолько адаптеромтой рабочейстанцией, которойона адресована.

Подобная линейнаятопологияхарактеризуетсяпростотойорганизациии возможностьюподключенияновых рабочихстанций безиспользованиядополнительногооборудования.Однако наличиеобщей передающейсреды не позволяетабонентским системам одновременно передаватьинформацию, а разрыв шиныприводит кразделениюсети на независимыечасти, а иногдаи к общей еенеработоспособности.

/>Рис2.Шинная топологиясети

Кольцевая сеть(рис. 3) характеризуетсяналичием замкнутогооднонаправленногоканала передачиданных в видекольца илипетли. В этомслучае информацияпередаетсяпоследовательномежду адаптерамирабочих станцийдо тех пор, покане будет принятаполучателеми затем удаленаиз сети. Обычноза удалениеинформациииз сети отвечаетее отправитель.Управлениеработой кольцевойсети можетосуществлятьсяцентрализованос помощью специальноймониторнойстанции, либодецентрализованоза счет распределенияфункций управлениямежду всемирабочими станциями.Недостаткомкольцевойтопологииявляется то, что отказ одногозвена кольцаможет вывестииз строя всюлокальную сеть.С целью повышениянадежностикольцевыхструктур используютспециальныебезразрывныекоммутаторы, позволяющие автоматически отключать неработающиекомпьютерыили отдельныесегменты сети.

/>

Рис 3.Кольцеваятопология сети.

Существуеттакже множествоиных конфигурацийсетей. Однаковвиду их малойраспространенности, здесь я не будурассматриватьих.

2.4. Состав блокадоступaк моноканалу

/>

Рис.4.Структурнаясхема блокадоступaк моноканалу.

Блок управлениядоступом кмоноканалу(рис. 4) включаетв себя следующиеблоки:

ПП — приёмопередатчик;

ДК-декодер кадров;

БФК — блок формирования кадра;

БУ — блок управления;

БП-блок памяти;

Вх. Буф. — входной буфер;

Вых. Буф. — выходной буфер.

Рассмотримназначениеэтих блоков.

ПП принимаетпо моноканалукадры, транслируетв моноканалпринятый кадрили передаётв моноканалкадр, сформированныйБФК. определяетзаголовок иконцевик кадра.

ДК считываетслужебнуюинформациюпринятогокадра.

БФК формируетпод действиемсигналов с БУмаркер или кадрданных.

БУ генерируетсигналы управленияв зависимостиот типа принятогокадра, принимаетсигналы отвходного буфераи декодеракадров.

В БП заноситсяи хранятсяадреса станции-отправителяи станции-получателя.

Входной буферпринимаетданные от блокасопряженияс ЭВМ.

Выходной буфер принимает данные отприёмопередатчикапри совпаденииадреса получателяи собственногоадреса.

Функционируетблок управлениядоступом кмоноканалуследующимобразом:

Приёмопередатчикпрослушиваетмоноканал ипри обнаружениизаголовка кадразагружает врегистр данные, следующие послезаголовка доконцевикакадра, и устанавливаетединичноезначение вслужебной частикадра, еслистанция имеетпакет на передачу.В декодер кадровпоступаетслужебнаяинформацияпринятогокадра. Декодеркадров сравниваетприоритет своейстанции с наивысшимприоритетоми выдает результатв блок управлениясигналом С1.Блок управленияанализируетсигнал С1 и выдаёткоманду С5 еслиприоритетстанции являетсянаивысшим, С2станция хочетпринять данные.С4 сигнализирующийо наличии готовыхк передачеданных во входномбуфере. СигналС6 поступаетв блок памятипри инициализацииблока управлениядоступом, т.е.при записи вблок памятисобственногоадреса, которыйнужен дляформированиякадра. СЗ — если станцияхочет принятьпакет.

3. Разработкафункциональнойсхемы
3.1. Структуракадра данных

Прежде чемразрабатыватьфункциональнуюсхему блокауправлениядоступом кмоноканалунеобходимоопределитьструктуру кадраданных. Видкадра данныхпредставленна рисунке 5.

ПНК

Служ.инф.

АП

АПР

Данные

ПКК

Рис. 5.Структура кадраданных

ПНК- признакначала кадра, ПКК- признакконца кадра, АП- адреспередатчика, АПР- адресприемника

3.2. Буфер данных.

Буферированиемагистральныхсигналов применяетсядля электрическогосогласованияи выполняетдве основныефункции: электрическаяразвязка (длявсех сигналов)и передачасигналов внужном направлении(только длядвунаправленныхсигналов). Этопервая и наиболееочевиднаяинтерфейснаяфункция любогоУС. Иногда спомощью буферированияреализуетсятакже мультиплексированиесигналов. Длябуферированиянаиболее частоиспользуютсямикросхемымигистральных приемников, передатчиков, приемопередатчиков, называемыетакже нередкобуферами илидрайверами.

Буфер данных(рис. 6) представляетсобой два регистра: регистр приёмаи регистр передачи.В регистр приёмазагружаютсяданные по команде«принять» блокауправления.В регистр передачизагружаютсяданные дляпередачи в сетьпо внешнейкоманде «загрузить».

/>

Рис.6. Функциональнаясхема буфераданных.

3.3. Блок памяти.

/>

Рис.7. Функциональнаясхема БП.

Блок памяти(рис. 7) хранитадрес станции-отправителя, т.е. текущейстанции, адресстанции-приёмника.Адрес станции-отправителязагружаетсяпри инициализациисетевого адаптера, в состав котороговходит блокуправлениядоступом кмоноканалу.Адрес станции-приёмниказагружаетсяпри наличииданных в ЭВМдля передачи,

3.4. Блок формированиякадра

/>

Рис.8.Функциональнаясхема БФК.

Блок формированиякадра (рис. 8)состоит изчетырех регистров.Регистры адресавключаютсяна загрузкупо команде«сформироватькадр данных»и на их входданных поступаютадреса станции-отправителяи станции-приёмника, а также приоритетстанции. Регистрданных загружаетсяданными дляпередачи покоманде «сформироватькадр данных».

3.5. Декодеркадров

Декодер кадров(рис. 9) работаетследующимобразом: еслистанция хочетпринять сигнал«готов принять»устанавливаетсяв единицу иразрешаетработу схемамсравнения СС1и СС2. Адресастанции-отпревителяи станции-приёмникапоступают насхемы сравненияСС1 и СС2, на вторыевходы схемсравненияподаются адресаиз блока памяти.Если А1 равенсобственномуадресу станции, то на выходеСС1 появляется1. Это значитчто кадр прошёлпо кольцу ивернулся кстанции-отправителю.Если А2 равенсобственномуадресу станции, то на выходеСС2 появляется1. Это значитчто кадр адресованэтой станции.Если ни на одномиз выходов схемсравнения неустановилась1, т.е. А1 и А2 неравны собственномуадресу станции, то это значит, что кадр адресовандругой станции.Сигнал «готовпередать»разрешаетработу схемысравнения ССЗ, и если приоритетстанции оказалсянаивысшим, топроисходитпередача пакетав моноканал.

/>

Рис.9. Функциональнаясхема декодеракадров.

3.6. Блок управления

Блок управления(рис. 10) получаетсигналы отдекодера кадрови входногобуфера и формируетуправляющиесигналы в зависимостиот комбинациивходных сигналов.

/>

Рис.10.Функциональнаясхема блокауправления.

4. Выбор иобоснованиеэлементов схемы

Принципиальнаясхема блокауправлениядоступом кмоноканалупредставленав приложении.Согласно заданиюиспользованы интегральныемикросхемыТТЛ логики.Примененыследующие ИСсерии 555:

Логические элементы ЛА4, ЛИ1, ЛЕ1, ЛА12, ЛН1;

Счётчики ИЕ8;

Регистры ИР18, ИР22;

Триггеры;

Схема сравнения СП1.

Рассмотримэти элементыболее подробно.

4.1. Логическиеэлементы.

Микросхемытипа ЛА выполняютлогическуюфункцию «И-НЕ», а ИС типа ЛИ- логическуюфункцию «И».Условные обозначенияи цоколёвкимикросхем типаЛА и ЛИ показанына рис. 11.

/>

Если на входРЕ подать напряжениенизкого уровня, разрешаетсязапись в регистрнового восьмиразрядногокода. Условныеобозначенияи цоколёвкирегистров ИР18и ИР 22 представленына рисунке 13.

4.3- Схемасравнения.

МикросхемаСП1 — это схемасравнения двухчетырёхразрядныхчисел (компаратор).Ее условноеобозначениеи цоколевкапоказаны нарисунке 14. Онаимеет 11 входов: четыре пары(восемь входов)из них принимаютпо два четырёхразрядныхчисла А0...A3и В0… ВЗ, а тривхода I(АB)необходимыдля увеличенияёмкости схемы(соединениенесколькихИС типа СП1).Компараторимеет три выхода: А>В, А=В, А

5. Разработкапринципиальнойсхемы

Принципиальнаясхема блокауправлениядоступом кмоноканалуразработанана основефункциональнойсхемы. Рассмотримнекоторые частисхемы.

Схема сравнениянеобходимадля сравненияадресов в адресныхчастях кадраи собственногоадреса станции.Т.к. количествостанций в кольцеравно 25, необходимопять разрядов для адреса, т.е. нужно использоватьпятиразрядныесчётчики. Нопятиразрядныхмикросхемсравнения ТТЛлогики промышленностьне выпускает.Необходимокаскадноевключениечетырёхразрядныхсхем сравнения(рис. 15).

В остальномразработкапринципиальнойсхемы сводится к переходу отфункциональной схемы к принципиальнойпутём подбораконкретныхмикросхем ТТЛлогики, учитываянеобходимуюи реальнуюразрядностьмикросхем.

6. Заключение

В результатекурсовой работыбыла разработанасхема блокауправлениядоступом кмоноканалуметодом циклическогоопроса с приоритетами.Кольцеваятопология имеетсвои особенностипри выбореметода управленияобменом. Важнымфактором являетсято, что любойпакет, посланныйпо кольцу, последовательнопройдя всехабонентов, через некотороевремя возвратитсяв ту же точку(топология замкнутая). Здесь нет одновременногораспространениясигнала в двестороны, какв «шине». Дляуправленияобменом в сетитипа «кольцо»обычно выбираютспецифическиеметоды, в наибольшейстепени соответствую­щиеименно особенностям«кольца»: маркерныйметод управления, метод кольцевыхсегментов.Собственноговоря методциклическогоопроса с приоритетамиуже давно неиспользуется.

7. Литература

Овчинников В.В., Рыбин И.И., «Техническая база интерфейсов локальных вычислительных сетей».

С.А. Аничкин, С.А. Белов и др. под редакцией И.А. Мизина. «Протоколы информационно-вычислительных сетей. Справочник». М: Радио и Связь, 1990, 504 стр.

М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. Дубина и др. «Цифровые интегральные микросхемы. Справочник». Издание второе, переработанное и дополненное. М: Полымя, 1996 г., 605 стр.

В),I(A=B),I(A>