Файл: Учебнопрактическое пособие Владимир 2021.pdf

70 времени, а периодическая – в некоторые установленные моменты по- сле накопления изменений данных. В последнем случае выполнение запросов на выборку данных при обновлении блокируется. Реализа- ция периодической актуализации представляется довольно простой, однако данный подход не может быть признан удовлетворительным для использования в базах данных, являющихся информационными моделями систем, состояние которых подвержено частым изменени- ям.
При оперативной актуализации действия над данными, прово- димые в соответствии с различными запросами, могут выполняться
СУРБД параллельно. При этом возникает несколько ситуаций, когда операция над данными может быть не завершена. Это тупиковые си- туации и циклические рестарты. Тупиковые ситуации характеризуют- ся тем, что операции в нескольких запросах (транзакциях) вынужде- ны ждать завершения друг друга. Явление циклического рестарта свя- зано с периодическим попаданием транзакции в такое состояние, ко- гда ее выполнение становится невозможным, после чего она отменя- ется, а затем производится повторный запуск. Механизм управления параллельным выполнением транзакций должен либо исключать по- добные ситуации, либо обеспечивать их разрешение. К основным ме- тодам, позволяющим корректно завершать выполнение оперативной актуализации распределенной базы данных и оставлять ее в непроти- воречивом состоянии, относят методы: блокировок данных, согласия большинства и предварительного анализа конфликта транзакций.
Метод блокировок данных. Данный метод является наиболее распространенным. На практике применяются две его модификации, различающиеся выбранным способом управления. При централизо- ванной блокировке в сети выделяется главный распределитель ресур- сов, которому направляются все требования транзакций по блокиров- ке изменяемых данных. С получением права пользования ресурсом транзакция актуализации осуществляет доступ к данным в любом уз- ле, хранящем копию. Для обеспечения гарантированного использова- ния непротиворечивых данных транзакции, осуществляющие только операции чтения, должны придерживаться принятой дисциплины до-

71 ступа к данным. Реализация децентрализованной блокировки устра- няет главный недостаток предыдущей модификации – низкую сте- пень параллелизма и малую живучесть системы управления БД, но при этом не исключается возможность образования тупиков.
Метод согласия большинства. При использовании названного метода узлам предоставлено право решать вопрос об изменении дан- ных по конкретному запросу «голосованием». Это позволит разре- шить конфликтные ситуации, возникающие при обращении к дан- ным, и полностью исключить тупиковые ситуации. Степень парал- лельного выполнения транзакций та же, что и при децентрализован- ной блокировке данных.
Сущность метода согласия большинства состоит в следующем.
С каждым компонентом базы данных связывается временная метка, фиксирующая момент его последнего изменения. Операторы измене- ния данных принимаются к исполнению только в том случае, если они относятся к транзакциям, выполнение которых началось позднее времени, указанного в метке. В операторах изменения указываются: уникальный код транзакции, ее временная метка, список изменяемых ресурсов, новые значения данных, список базовых ресурсов (исполь- зуемых при формировании изменения), значения их временных меток и т.д. При получении оператора узел обязан выполнить одно из сле- дующих действий:

Проголосовать отрицательно (отклонить оператор) в слу- чае, если нарушено условие соотношения временных меток, указан- ное ранее, и временные метки базовых ресурсов, сообщенные в опе- раторе, относятся к более ранним моментам, чем фактически зафик- сированные в узле;

Проголосовать положительно (принять оператор) при условии, что все соотношения временных меток являются удовлетво- рительными и данный оператор не вступает в конфликт с другим ак- тивным оператором. (Конфликт возможен, если активный оператор, то есть не принятый и не отклоненный, пытается изменить базовый ресурс рассматриваемого оператора или модифицируемый рассмат-

72 риваемым оператором ресурс является базовым для любого активного оператора);

Воздержаться от голосования, когда соотношение времен- ных меток является удовлетворительным, но имеет место конфликт с другими активными операторами.
Метод предварительного анализа конфликта транзакций. Этот метод предполагает анализ возможности возникновения конфликта и его характера. Каждому виду конфликта ставится в соответствие спе- циализированный протокол синхронизации транзакций, эффективно разрешающий возникшую ситуацию. В основе работы протокола находится техника временных меток.
Предварительный анализ ситуации, проводимый центральным узлом, исключает образование тупиковых ситуаций.
Выбор того или иного метода для его последующей реализации зависит от конкретных приложений. Выработка общих рекомендаций является затруднительной вследствие отсутствия сведений о достига- емых значениях показателей эффективности функционирования раз- личных СУРБД.

73

74

Стандарт IEEE 802.1H – рекомендуемые правила органи- зации мостов MAC в сетях Ethernet 2.0, одобрены в 1995 году.

Стандарт IEEE 802.1i – стандарт на использование FDDI в качестве моста уровня MAC, одобрен в 1992 году и включен в
ISO/IEC 10038.

Стандарт IEEE 802.1j – дополнение к 802. 1D, одобрено в
1996 году. Данный стандарт описывает связь локальных сетей с по- мощью мостов уровня MAC.

Стандарт IEEE 802.1k – стандарт для локальных и регио- нальных сетей на обнаружение и динамический контроль маршрути- зации событий, одобрен в 1993 году и вместе с 802.1В лег в основу
ISO/IEC 15802-2.

Стандарт IEEE 802.1m – описание соответствий для 802.
1E, рассматривающее определения и правила управляемых объектов для протокола системной нагрузки, одобрено в 1993 году и включено в ISO/IEC 15802-4.

Стандарт IEEE 802.1р – предложение по стандарту для ло- кальных и региональных сетей, касающееся ускорения обработки трафика и многоадресной фильтрации с помощью мостов уровня
MAC.

Стандарт IEEE 802.1Q – предложение по стандарту на вир- туальные локальные сети с мостами.
К этой группе стандартов по ЛС относятся также следующие стандарты МОС:

Стандарт ISO/IEC 10038 – стандарт соединения локальных сетей с помощью мостов уровня MAC. Базирующийся на IEEE 802.1D и включающий 802.li и 802.1m он был одобрен в 1993 году.

Стандарт ISO/IEC 15802-2 – общие спецификации на управление локальными и региональными сетями. Они базируются на стандарты IEEE 802.1В, 802.1k и были одобрены в 1994 году.
Подкомитеты 802.2 и 802.3 – 802.5, опираясь на семиуровневую модель ВОС, выполнили дальнейшую декомпозицию уровней 1 и 2 модели. Согласно модели IEEE уровень звена данных поделен на два подуровня: управление логическим звеном LLC (Logical Link Control)

75 и управление доступом к среде MAC (Medium Access Control). Соот- ношение уровней ЭМВОС и IEEE для ЛС показано на рис. 2.1. В функции LLC входит передача кадров между станциями (управление потоком данных), включая исправление ошибок. На этом уровне вы- полняется также диагностика работоспособности узлов ЛС. Органи- зация LLC не зависит от алгоритмов доступа к физической среде и ее типа, если не считать временных соотношений.
Группа стандартов уровня звена данных включает следующие стандарты IEEE и МОС:

Стандарт IEEE 802.2 – стандарт для логического управле- ния каналом при связи локальных и региональных сетей, в основном с помощью мостов. Он лег в основу стандарта ISO/IEC 8802-2. Теку- щая версия одобрена в 1994 году и заменила более ранний стандарт
802.2 от 1989 года.

Стандарт ISO/IEC 8802-2 – стандарт для логического управления каналом при связи локальных сетей, в основном с помо- щью мостов. Он базируется на IEEE 802.2 (редакция 1994 года) и включает 802.2а, 802.2b,802.2d, 802.2е и 802.5р. Данный стандарт за- менил версии обоих стандартов от 1989 года и был одобрен в 1994 году. В зависимости от технической реализации нижнего физического уровня выделены стандарты для разновидностей ЛС, каждый из кото- рых кроме специфических стандартов физического уровня включает также часть управления доступом к среде. Подуровень MAC реализу- ет алгоритм доступа к среде и адресацию станций ЛС.

76
Рис. 2.1
Соотношение уровней ЭМВОС и IEEE для ЛС

Стандарт IEEE 802.3 – определяет линейную магистраль- ную (шинную) ЛС с множественным методом доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD).

Стандарт ISO/IEC 8802-3 - стандарт на методы доступа
CSMA/CD и физический уровень в локальных сетях. Он базируется на
IEEE 802.3 и включает 802.3b, 802.3с, 802.3d, 802.3е, 802.3h, 802.3i,
802.3j, 802.3k, 802.3l, 802.3m, 802.3n, 802.3p, 802.3q, 802.3s, 802.3t и
802.3v. Одобренный в 1996 году, он заменил версию стандарта от
1993 года.

Стандарт IEEE 802.3u – стандарт для сетей 100BaseX.

Стандарт IEEE 802.4 (ISO/DIS 8802/4) – определяет линей- ную магистральную ЛС с передачей полномочий (маркеров). Маркер, представляющий собой определенную комбинацию бит, перемещает- ся от одного абонента (станции) к другому, образуя логическое коль- цо. Согласно этому стандарту может быть использована одна или не- сколько полос широкополосного канала. Сигналом является модули- рованная несущая. В таких ЛС возможна организация обмена разно- типной дискретной информацией по одному каналу как от различных компьютеров и других информационных или управляющих систем,

77 так и телевизионных и радиовещательных программ и телефонных разговоров. Недостатком подобных сетей являются их сложные про- токольная и аппаратная реализации.

Стандарт IEEE 802.5 – определяет кольцевую ЛС с пере- дачей маркера.

Стандарт ISO/IEC 8802-5 – стандарт на метод доступа и физический уровень сетей Token Ring, т. е. на общую архитектуру
Token Ring. Он базируется на IEEE 802.5 и включает 802.5b. Принятая в 1995 г. редакция заменила стандарт 1992 года.

Стандарт ISO/IEC 11802-4 – технический отчет (не стан- дарт) на базе IEEE 802.5. Он рассматривает методы доступа Token
Ring для станций с подключением по оптическому кабелю. Данный отчет был опубликован в июне 1994 года.

Стандарт IEEE 802.6 – стандарт, определяющий архитек- туру городской сети (MAN).

Стандарт IEEE 802.7 – стандарт, определяющий метод пе- редачи сегментов по кольцу. Если сегмент, циркулирующий по коль- цу, пустой, станция, мимо которой он проходит, может поместить в него данные и передать в соседнюю станцию. Этот метод впервые был положен в основу при построении одной из первых сетей
Cambridge Ring, которая была разработана в 70-х годах. По этому принципу были построены и другие первые локальные сети, напри- мер, отечественная ЛС «Эстафета».

Стандарт IEEE 802.8 – определяет использование в ЛС во- локонно–оптической техники.

Стандарт IEEE 802.9 – определяет построение интегриро- ванной сети передачи данных и речи.

Стандарт ISO/IEC 8802-9 – стандарт на интерфейсы ло- кальных сетей на физическом уровне и уровне MAC. Базирующийся на IEEE 802.9, был одобрен в 1996 году.

Стандарт IEEE 802.10 – стандарт, определяющий архитек- туру виртуальных ЛС.

Стандарт IEEE 802.11 – стандарт на беспроводные (радио)
ЛС. Стандарт 802.11 для сетей радиоEthernet предусматривает два

78 метода передачи – DSSS и FHSS. Метод DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum) – «метод прямой последовательности» предполагает пере- дачу с одиннадцатикратной избыточностью (одновременно по 11-ти подканалам). Метод FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) –
«метод частотных скачков» - предусматривает передачу узкополос- ным сигналом, частота которого скачкообразно меняется путем вы- бора очередного подканала из 79 возможных по псевдослучайному закону. Согласно стандарту 802.11 при построении радио ЛС преду- сматривается использование двух частотных диапазонов – 2400-
2483.5 МГц и 2.4-2.4835 ГГц. Первый рекомендуется для использова- ния внутри помещений, а второй – вне помещений. Максимальная дальность передачи в радио-ЛС может достигать 25 км.

Стандарт IEEE 802.12 – стандарт, определяющий архитек- туру ЛС 100 VG Any LAN.
2.2. Архитектура локальных сетей типа Ethernet
Метод доступа CSMA/CD
Данный метод множественного доступа к среде используется в сетях Ethernet (стандарт IEEE 802.3) и реализует схему с состязанием, в которой сетевые узлы соревнуются за право использования среды.
Узел, захвативший ресурс среды (выигравший состязание), может пе- редать один пакет, а потом должен ее освободить для других узлов.
Если несколько узлов начинают передачу почти одновременно, воз- никает конфликт (столкновение) и все отправленные пакеты теряют- ся.
Метод множественного доступа с контролем несущей и обна- ружением конфликтов
МДПН/ОК (CSMA/CD – Сarrier Sense Multiple Access with
Collision Detection)) устанавливает следующий порядок обмена в се- ти: если рабочая станция хочет воспользоваться моноканалом для пе- редачи данных, она сначала должна проверить состояние канала и только в том случае, когда канал свободен ей разрешается начать пе-