Protocolos de Acesso Ordenado

Vários protocolos são baseados no acesso ordenado ao meio de comunicação, evitando o problema da colisão. Os métodos mais usuais são o acesso por polling, por slot, por inserção de

retardo e por passagem de permissão (token passing).

4.6.3.1 Polling

O acesso por polling é geralmente usado na topologia em barra comum. Nesse método, as estações conectadas à rede só transmitem quando interrogadas pelo controlador da rede, que é uma estação centralizadora. Se não tiver quadro para transmitir, o nó interrogado envia um quadro ao controlador avisando que está em operação.

Em uma outra técnica de polling, a estação controladora interroga à estação mais distante se ela tem quadros a enviar. Se a estação não tiver quadro passa o controle para a estação fisicamente mais próxima, que tem então o direito de transmitir ou passar o controle para a próxima estação, e assim sucessivamente. Quando uma estação responde a um polling com algum quadro, o controlador assume o controle assim que a transmissão termina e interroga a próxima estação a transmitir. Essa técnica é bastante eficiente quando as estações na barra transmitem pouco e a barra

é muito grande.

Prioridades podem ser estabelecidas e o retardo de transferência é limitado. A rede é estável mesmo com tráfego intenso e a interface é bastante simples e de pequeno custo. No entanto, o método apresenta todos os problemas inerentes a uma estrutura centralizada, como, por exemplo, confiabilidade.

4.6.3.2 Slot

Desenvolvido pela primeira vez para a topologia em anel, este esquema é algumas vezes conhecido como anel segmentado. O método divide o espaço de comunicação em um número inteiro de pequenos segmentos (slots) dentro dos quais a mensagem pode ser armazenada. Cada slot contém um bit que indica se está cheio ou vazio. Ao querer transmitir, cada estação deve esperar por um slot vazio e preenchê-lo então com a mensagem.

Para transmitir, uma estação espera a passagem de um slot vazio. Quando este passa, ela altera seu estado para cheio e o preenche com os dados. Como toda estação sabe o número de slots que a rede contém, por simples contagem ela pode detectar o slot que transmitiu e retorná-lo ao estado vazio. Uma outra alternativa seria a estação de destino esvaziar o slot. Para tal, ela precisa armazenar um número de bits suficiente para que possa identificar-se como destino do slot. Apesar de aumentar a latência e diminuir a confiabilidade, essa estratégia aumenta a eficiência na utilização do anel, sendo usada nas redes de alta velocidade.

Nas redes onde a estação de origem se encarrega de liberar os slots que utiliza, para manter a justiça no acesso e um retardo de transferência limitado, quando esvazia um slot, a estação deixa-o passar, mesmo tendo mais dados a transmitir.

Um problema surge no dimensionamento dos slots. Se os slots forem grandes, um retardo considerável pode existir, gerado pela espera de um slot vazio. Além disso, os quadros nem sempre cabem em um número fixo de slots, podendo existir slots parcialmente vazios, fazendo com que quanto maior o tamanho do slot, menor a eficiência de utilização da capacidade do meio. Devido a isso os slots são geralmente pequenos.

Outro problema com o anel segmentado vem do fato de que uma estação não pode utilizar o slot que esvaziou e tem de passá-lo à frente. Se apenas uma ou poucas estações tiverem quadros a transmitir, muitos dos slots circularão vazios, diminuindo a eficiência de utilização da capacidade do meio.

4.6.3.3 Inserção de Retardo

Quando um quadro deve ser transmitido, ele é colocado no registrador de deslocamento RDT. Quando o quadro que está passando pela estação acaba de passar ou quando nenhum quadro está sendo transmitido, a estação desvia o fluxo do anel para o registrador RDR e começa a transmitir

seu quadro. Uma vez que o fluxo do quadro que chega não pode ser interrompido, ele é temporariamente armazenado em RDR, que deve ter capacidade de armazenar um quadro completo. Terminada a inserção do novo quadro no anel, a estação passa a dar vazão ao fluxo de dados anterior, que sofreu o retardo de um quadro. O processo só pode ser reiniciado quando não houverem mais quadros no RDR, o que ocorre quando o quadro que a estação transmitiu retorna, sendo retirado do anel.

Como a rede pode ficar momentaneamente sem quadros circulando, toda vez que uma estação vai inserir um quadro na rede e esta se encontra vazia, um pequeno preâmbulo para sincronização dos transmissores e receptores deve ser enviado.

Nesse método de acesso o retardo de transmissão encontrado na rede é variável, e depende do número de quadros que estão sendo transmitidos. No entanto, o retardo de transferência é limitado, tornando tal esquema adequado a aplicações que têm tal exigência.

4.6.3.4 Passagem de Permissão

Neste esquema de controle uma permissão (token) é passada seqüencialmente de uma estação para outra. Somente a interface que possui a permissão em um determinado instante pode transmitir quadros. A ordem lógica de transmissão não é necessariamente a ordem física.

Nas redes em barra (passagem de permissão em barra – token bus), ao terminar de transmitir uma mensagem, a estação passa a permissão (token) para a próxima estação que terá o direito de transmitir. A permissão é um padrão variável que é passado de estação em estação até que se feche o ciclo, que recomeça então, simulando um anel virtual. É importante notar que a ordem física de conexão nada tem a ver com a ordem lógica no anel virtual, e que mesmo estações que não pertençam ao anel virtual podem receber quadros, embora não possam transmitir.

Uma desvantagem da passagem de permissão em barra é o overhead envolvido quando o tráfego é baixo. Uma estação pode ter que esperar por várias passagens de permissões para estações que não têm nada a transmitir antes de receber a permissão.

Uma outra característica desse método é o retardo de transferência máximo limitado. Para aplicações em controle de processos e outras aplicações em tempo real essa característica é bastante desejável.

A passagem de permissão em anel (token ring) se baseia em um pequeno quadro contendo a permissão (um padrão fixo), que circula pelo anel, chamado permissão livre. Ao querer transmitir, uma estação espera pela permissão livre. Ao recebê-la, a estação altera o padrão para permissão

ocupada e transmite seus dados logo a seguir. A estação transmissora é responsável pela retirada de

sua mensagem do anel e pela inserção de uma nova permissão livre. O momento da inserção de uma permissão livre no anel varia conforme o tipo de operação, que pode ser: single packet, single token e multiple token.

No modo de operação single packet o transmissor só insere uma permissão livre no anel depois que receber de volta a permissão ocupada e retirar sua mensagem do anel. Nesse tipo de operação apenas um quadro e uma permissão são encontrados circulando no anel em um dado instante.

Na operação single token uma permissão livre é inserida no anel pela estação transmissora no momento em que ela recebe a permissão ocupada de volta. Nessa estratégia, embora só possa existir uma única permissão, mais de um quadro pode estar circulando no anel simultaneamente.

Na operação multiple token o transmissor insere uma nova permissão livre no anel imediatamente após terminar de transmitir o último bit de sua mensagem. Assim, essa técnica permite que circulem simultaneamente no anel vários quadros e várias permissões, porém apenas uma delas livre.

A eficiência na utilização do meio de transmissão do método passagem de permissão em anel pode ser aproximada pela expressão:

onde o parâmetro a é dado pela razão entre a latência do anel e o tempo de transmissão de um quadro. Se a latência do anel fosse igual a zero, os três modos de operação teriam o mesmo desempenho. Se a latência do anel for menor ou igual ao tempo de transmissão de um quadro (a≤1), os modos de operação single token e multiple token terão o mesmo desempenho, que é superior ao do single packet. Porém, quando a latência do anel aumenta (devido ao aumento do tamanho do anel), ou quando a taxa de transmissão aumenta (o que diminui o tempo de transmissão do quadro), de forma que a>1, o desempenho do multiple token supera o do single token, que por sua vez supera o do single packet.

Uma característica de todos os protocolos em anel é que no caso da estação de origem ser a responsável pela retirada do quadro, a estação de destino poderá comandar determinados bits do quadro indicando o resultado da transmissão.