1. Организация передачи данных в локальных сетях. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем




страница1/10
Дата11.08.2016
Размер1.95 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
1. Организация передачи данных в локальных сетях. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем.

1.Коммутация каналов

2.Передача с промежуточным накоплением:

- коммутация сообщений и пакетов. Коммутация каналов: использ-ся в телефон. сетях, в сетях передачи данных встречается редко. Для установления соедин. м/ду источником и адресатом необх-мо найти путь, вдоль кот. отдельные участки цепи м. быть соединены таким обр., чтобы сформир-ть сквозной канал на все время передачи.

Для этого источник посылает спец. сообщен., кот. перемещаясь от узла к узлу коммутации каналов и занимая каналы, прокладывает путь. Адресат посылает источнику сигнал обратной связи (физич. соединен. устан-но). Затем передается сообщен. из источника адресату по сквозному каналу. При этом образующие его каналы недоступны другим передачам до окончания сеанса.

Сигналы управления могут передаваться по тому же тракту, что и данные.



Достоинства:

- Сокращен. времени установки соединения;

- Улучшение качества передачи;

- Гарантированная постоян. скорость передачи по сети в случае успешной установки соединения;

- Работа в масштабе реального времени.

Недостатки:

- Неэффективное использ-ие линий связи;

- Если нельзя найти путь от источника к адресату из-за отсутствия свободных линий, то соединение (сеанс) отвергается;

- Гарантир-ая скорость передачи ограничена каналом с минимальной скоростью передачи.



Передача с промежуточным накоплением

Инфа передается с запоминанием в промежуточных узлах сети передачи данных без установлен. физич. соединения м/ду пунктами отправителя и адресата. М/ду ними устанавливается виртуальное или логическое соединение.

Коммутация сообщений

К каждому сообщению пристыковывается заголовок. Физич. соединен. устанавл-ся только м/ду соседними узлами сети на время передачи сообщения. Поступившее в узел сообщен. запоминается в буферном ЗУ и когда освободится соответствующий канал связи передается в следующий узел.



Достоинства:

- Уменьшается задержка при передаче данных; Виртуальный канал м. состоять из физич. каналов с разной скоростью передачи данных; Увеличение пропускной способности сети передачи данных;



Недостатки: Затраты на буферную память;

- Усложнение аппаратуры узла коммутации;

- Усложнение протокола обмена; Трудно управлять задержками, обусловленными очередями в узлах. К каждой линии организуется очередь. Сообщен. из входных буферов перемещ-ся в соответствующ. выходную очередь.

Коммутация пакетов

Сообщен. разбивается на пакеты, кот. имеют фиксирован. длину и метятся служебной инфой - заголовком (адрес пункта отправления, адрес пункта назначения, номер пакета в сообщен.)

Пакеты транспортируются в сети как независимые сообщения.

При этом появляется возможность фиксир-ть задержку передачи в требуемых пределах.

Достоинства:

- Возможность одновременной передачи пакетов одного сообщения разными маршрутами;

- Повышение надежности и живучести сети;

- Уменьшение времени передачи сообщения и вер-ти появления ошибок и времени занятости каналов повторными передачами.



Недостатки:

- Непригодность для систем, работающих в масштабе реального времени;

- Возникает задача управления потоками.

Два режима передачи пакетов:



1.Режим виртуальных каналов. Пакеты сообщен. передаются строго в порядке №-ов по вирт-му каналу. ВК прокладывается до передачи сообщен.. Используется фиксированный путь, но только тогда, когда это необходимо. Облегчается сборка сообщения из пакетов на приемном конце.

2.Режим дейтаграмм. Для кажд. пакета выбир-ся определен. путь по сети на основе текущей инфы, поступающей из посещаемых ими узлов. Усложняется сборка пакетов в сообщение у адресата. Используются сложные алгоритмы маршрутизации. Большая надежность и живучесть сети. Пакет в таком случае называется дейтаграммой

Эталонная модель взаимосвязи открытых систем -выпущена в 1984 году, предст-ет собой 7-уровнев. сетев. иерархию, кажд. уровень кот. соотв-ет своей подзадаче, кажд. уровню соответствуют различные сетев. операции , оборудован. и протоколы.

Каждый уровень предоставляет несколько услуг (т.е. выполняет неск. операций ), подготавлив-щих данные для доставки по сети на другой компьютер. Уровни отделяются друг от друга границами — интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Кажд. уровень использует услуги нижележащ. уровня. Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет — это единица инф-ции, передаваем. м/ду устройствами сети как единое целое. Пакет проходит послед-но ч/з все уровни программн. обеспечения. На кажд. уровне: не к пакету добавляется некоторая инфа, кот. необходима для успешной передачи данных по сети. На принимающ. стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Программн. обеспечен. на кажд. уровне читает инфу пакета, затем удаляет инфу, добавлен. к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, вся адресн. инфа б. удалена и данные примут свой первоначальный вид.

7.Прикладной - созд. среду для выполн-я прикл. программ, упр-ет общим доступом к сети, потокам данных, защит. ресурсов, обработкой ошибок.

6.Представительский – опр-ет формат данных для обмена м\д узлами. Данные от различ. прил-ний перевод-ся в общепонятный промежуточн. формат (замена символов, сжатие). Здесь работает редиректор,его назначен. переадресовать операции ввода /вывода к ресурсам сервера.

5.Сеансовый – позволяет 2м прил-ям устанавливать, использовать и завершать соедин-я (сеансы). Функции сеансов: распознавание имён, синхронизац. м\д задачами. В поток данных могут вставляться контрольн. точки, при сбое повтор-ся передача с последней контр.точки. Упр-ние диалогом м\д процессами.

4.Транспортный – обеспеч. передачу пакетов без ошибок, в правильной послед-ти, без потерь и дублир-я. На этом уровне сообщен. переупаков-ся: длин. разбиваются на неск. пакетов, а коротк. объединяются в один. Это увеличивает эф-ть передачи пакетов по сети. На транспортн. уровне компа -получателя сообщен. распаков-ся, восстанавл-ся в первонач. виде, и обычно посылается сигнал подтверждения приема.

3.Сетевой – адресация сетевых соединений, перевод логических адресов и имен в физические адреса, маршрутизация. Если сетевой адаптер маршр-ра не м. передавать большие блоки данных, посланные компом -отправителем, на сетев. уровне эти блоки разбив-ся на меньшие. А сетев. уровень компа – получателя собирает эти данные в исходн. состоян.

2.Канальный – обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. проверка доступн-ти среды передачи и реализация мех-мов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называем. кадрами. Канальн. уровень обеспечивает корректность передачи кажд. кадра, помещая спец. послед-ть бит в начало и конец кажд. кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольн. сумму, суммируя все байты кадра определен. сп. и добавляя контрольн. сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольн. сумму полученных данных и сравнивает рез-т с контрольн. суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и приним-ся. Если же контрольн. суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компами, мостами, коммутаторами и маршрут-рами. В компах функции канальн. уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

1.Физический – передача потока битов по физич. среде. Опред-ся способ передачи данных по сетевому кабелю.


2.Кабели для локальных сетей: основные типы и их характеристики.
В большинстве сетей применяются три основные группы кабелей:

• коаксиальный кабель (coaxial cable);

• витая пара (twisted pair):

неэкранированная (unshielded);

экранированная (shielded);

оптоволоконный кабель (fiber optic).



1.Коаксиальный провод, по конструкции - волновод.

Состоит из медной жилы, изоляции, окружающей ее, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки.

Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабели с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

Жила — это один провод или пучок проводов. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов и перекрестных помех. Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание. Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше чем в витой паре.

Тонкий (thin-wire) коаксиальный кабель — гибкий кабель диаметром 5мм. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров, способен передавать сигнал на расстояние до 185 м, семейство RG-58, его волновое сопротивление равно 50Ом.

Толстый коаксиал – жесткий с диаметром 12 мм. Имеет большую степень помехозащищен-ности, механическую прочность, позволяет подключить новый комп. к кабелю, не останавливая работу сети, с помощью коннектора «зуб вампира», который проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой.

Толстый коаксиальный кабель передает сигналы на большие расстояния.



Чем толще центральная жила, тем меньше затухание.

а)коэф. затухания д/б на длину, от него зависит предельная длина кабеля, чем м. Затухание, тем длиннее.

б)характеристич. сопротивление (волновое)

=50. При разрыве волна отражается от разрыва и идёт обратно. Но если R нагрузки

=, то коэфф. отраж.=0, и не отраж. Поэтому на концах ставят терминаторы (R=50)

Напр.: если в телевизоре вход 75, а кабель 150, или 50 , то будет каёмка на изобр., т.к. будет отраж.

 завсит от d и .

Для подключения тонкого коаксиального кабеля к компьютерам используются

так называемые BNC–коннекторы (British Naval Connector, BNC):

1)коннектор - либо припаивается, либо обжимается на конце кабеля.

2)Т–коннектор - соединяет сетевой кабель с сетевой платой комп-ра.

3)баррел-коннектор - применяется для сращивания двух отрезков тонкого коаксиального кабеля.

4)коннектор в сети с топологией "шина" - для поглощения отраженнвх сигналов на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы.

Существует два класса коаксиальных кабелей:

1)Поливинилхлорид (PVC) — пластик, применяемый в качестве изолятора или внешней оболочки у большинства коаксиальных кабелей. Кабель PVC достаточно гибок, его можно прокладывать на открытых участках помещений. Однако при .горении он выделяет ядовитые газы.

2)Пленум (plenum) — для прокладки между фальш-потолком и перекрытием.

2.Витая пара.

Те же характеристики, коэфф. затухания и =10015 для локальной сети.

Чем выше частота, тем меньше мы можем раскрутить кабель на концах.

UTP – неэкранированная витая пара – кабель, в котором неизолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводников уменьшает элек-кие помехи извне при распространении сигналов по кабелю. Сегменты сети до 100м.

Пять категорий UTP.



1). Традиционный телефонный кабель,по нему можно передавать речь, но не данные.

2). Способен передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. 4 витые пары.

3). Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. 4 витых пар с девятью витками на метр.

4). Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. 4 витых пар.

5). Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар медного провода.

STP – экранированная витая пара – изолированная пара проводников дополнительно помещена в экранную оплетку, что увеличивает помехозащищенность.

Типы экранов:

a)экран на каждом проводнике

б)на паре проводников

в)несколько пар в одном проводе

г)фольгированый экран

д)проволочный экран

Если в проводе несколько пар, то идёт наводка др. на др. – взаимные наводки (меньше-лучше). Для уменьшения вз. наводок меняют шаг намотки для каждой пары, т.е. будет сдвиг.

Если 2 пары витых, то использ коэфф. наводок на ближн. конце.

pic_for_lec\8.bmp

pic_for_lec\9.bmp Если много пар, то исп суммарный коэфф наводок на ближнем конце.

3.Оптоволокно – для передачи используется свет.


Состоит из центральной стеклянной нити (световода) толщиной в несколько микрон, покрытой сплошной стеклянной оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем световод.

Распространяясь по световоду, лучи света не выходят за его пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. Все это в свою очередь спрятано во внешнюю защитную оболочку.2 вида оптоволокна:1)одномодовый кабель – используется центральный проводник малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света (5-10мкм). При этом все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. В качестве источника света используют лазер. Длина кабеля – 100км и более.

2)многомодовый кабель – используют более широкие внутренние сердечники (40-100мкм). Во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения наз. модой луча. В качестве источника излучения применяются светодиоды. Длина кабеля – до 2км.pic_for_lec\14.bmp



4. СКС- общая идеология и основные положения.

Структурированная Кабельная Система — основа информационной инфраструктуры предприятия, позволяющая свести в единую систему множество информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т.д. СКС представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы.

Д. обеспечиваться выполнение следующих основных требований — структуризация, универсальность и избыточность.

Структуризация КС означает, что вся система (кабели, устройства для прокладки, коммутационное оборудование) разбита на отдельные подсистемы, каждая из которых предназначена для выполнения определенных функций и имеет стандартизированный интерфейс для связи с другими подсистемами и оборудованием сетей. Универсальность означает, что при построении нет привязки к определенному сетевому стандарту, способу доставки информации, а сама идеология построения такова, что позволяет реализовать на его основе информационную сеть практически любого стандарта (конечно, если ему соответствуют технические характеристики СКС, закрепленные в нормативах). При этом типов кабелей, используемых в системе, два — симметричный (на основе витой пары), и волоконно-оптический.

Избыточность обеспечивается прокладкой большего, чем требуется на начальном этапе, количества кабелей, установкой большего количества информационных розеток, коммутационного оборудования. При этом количество и размещение кабелей, информационных розеток и коммутационного оборудования определяется площадью и схемой помещений здания, а не начальным планом размещения служб и сотрудников.

Основным преимуществам СКС перед традиционными кабельными системами:

1)возможность использования одной кабельной системы для передачи информации разного вида;

2)возможность развития информационных сетей и систем здания без значительного переоборудования кабельной системы;

3)возможность комбинирования оптических и электрических трактов передачи информации при организации информационной сети;

4)возможность создания интегрированной системы управления всеми подсистемами здания (системы «интеллектуальное здание»);

5)возможность интегрирования разных информационных сетей в единую для обеспечения большей гибкости;

6)возможность использования в одной систем разных сетевых протоколов и стандартов;

7)независимость от производителя сетевого и другого оборудования;

8)более высокая надежность кабельной системы;

9)существенная экономия полных затрат за счет длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов при относительно высоких начальных вложениях;

10)возможность создания единой службы эксплуатации информационных систем.

Принципы построения и использования СКС

Существует два варианта архитектуры проводки:

архитектура иерархической звезды (древовидная топология);

архитектура одноточечного управления.



Архитектура иерархической звезды

Архитектура иерархической звезды может применяться как для группы зданий, так и для одного отдельно взятого здания. Узлами системы является коммутационное оборудование различного вида (дистрибьютор по терминологии стандарта ISO/IEC 11801), которое, как правило, устанавливается в технических помещениях и соединяется друг с другом и с информационными розетками на рабочих местах электрическими и оптическими кабелями. Стандарты не регламентируют тип коммутационного оборудования, а определяют только его параметры.

На объекте, состоящем из группы зданий, иерархическая звезда состоит из центрального кросса системы, главных кроссов зданий и горизонтальных этажных кроссов. Центральный кросс связан с главными кроссами зданий при помощи внешних кабелей. Этажные кроссы связаны с главным кроссом здания кабелями вертикального ствола. В случае отдельного здания звезда состоит из главного кросса здания и горизонтальных этажных кроссов, соединенных между собой кабелями вертикального ствола. Архитектура иерархической звезды обеспечивает максимальную гибкость управления и максимальную способность адаптации системы к новым приложениям.

Архитектура одноточечного администрирования

Архитектура одноточечного администрирования разработана для максимальной простоты управления. Обеспечивая прямое соединение всех рабочих мест с главным кроссом, она позволяет управлять системой из одной точки, оптимальной для расположения централизованного активного оборудования. Администрирование в одной точке обеспечивает простейшее управление цепями, возможное благодаря исключению необходимости кроссировки цепей во многих местах. Архитектура одноточечного администрирования не применяется для группы зданий.



Подсистемы СКС

Структура СКС определяется международным стандартом ISO/IEC 11801, и в самом общем виде состоит из следующих подсистем:

1. Подсистема внешних магистралей (campus backbone cabling, CBC, магистраль комплекса зданий), или первичная подсистема (по терминологии некоторых европейских производителей). Состоит из внешних магистральных кабелей между техническими помещениями — кроссовой внешних магистралей (КВМ) и кроссовой здания (КЗ), коммутационного оборудования, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров, и/или перемычек в КВМ. Подсистема внешних магистралей является основой для построения СКС в комплексе зданий, компактно расположенных на одной территории. В СКС, охватывающем одно здание подсистема, естественно, отсутствует.

2. Подсистема внутренних магистралей (building backbone cabling, BBC, магистраль зданий), или вертикальная (вторичная) подсистема (по терминологии некоторых европейских производителей). Состоит из внутренних магистральных кабелей между кроссовой здания (КЗ) и кроссовой этажа (КЭ), коммутационного оборудования, к которому подключаются эти магистральные кабели, и коммутационных шнуров, и/или перемычек в КЗ. Т.о., данная подсистема связывает между собой этажи одного здания (или пространственно разнесенные помещения здания).

3. Горизонтальная подсистема (horizontal cabling, HC), или третичная подсистема, включает в себя внутренние горизонтальные кабели, проложенные между КЭ и информационными розетками рабочих мест, сами информационные розетки, коммутационное оборудование в КЭ, коммутационные шнуры, и/или перемычки в КЭ.

Таково самое общее и обязательное деление СКС на подсистемы. Оно позволяет определить структурные составляющие СКС для разработки единых интерфейсов между ними, а также между ними и сетевым оборудованием.

В настоящее время действуют 3 основных стандарта в области СКС:

EIA/TIA-568В Commercial Building Telecommunications Wiring Standard (американский стандарт);

ISO/IEC IS 11801 Information Technology. Generic cabling for customer premises (международный стандарт) ;

CENELEC EN 50173 Information Technology. Generic cabling systems (европейский стандарт).

В стандарте EIA/TIA-568В для кабельных линий и для компонентов (кабелей и разъемов) определены следующие категории: категория 3, пропускающая сигнал в полосе частот до 16 МГц, категория 5e - полоса частот до 100 МГц, категория 6 - полоса частот до 250 МГц, категория 6A - полоса частот до 500 МГц.В стандарте ISO 11801 и EN 50173 определены классы для кабельных линий: в полосе частот 16 МГц класс С, в полосе 100 МГц класс D, в полосе 250 МГц класс E, в полосе 500 МГц класс E(A).
5.Мультиплексирование каналов на основе разделения частот.
Техника частотного мультиплексирования каналов (Frequency Division Multiplexing, FDM) была разработана для телефонных сетей, но применяется и для остальных. Для разделения абонентских каналов в одной линии связи применяется техника модуляции высокочастотного несущего синусоидального сигнала низкочастотным сигналом. В результате спектр модулированного сигнала переносится в другой диапазон, который симметрично располагается относительно несущей частоты и имеет ширину, приблизительно совпадающую с шириной модулирующего сигнала. Если сигналы каждого абонентского канала перенести в собственный диапазон частот, то в одном широкополосном канале можно одновременно передавать сигналы нескольких абонентских каналов.

На входы FDM-коммутатора поступают исходные сигналы от абонентов телефонной сети. Коммутатор выполняет перенос частоты каждого канала в свой диапазон частот. Обычно высокочастотный диапазон делится на полосы, которые отводятся для передачи данных абонентских каналов. Чтобы низкочастотные составляющие сигналов разных каналов не смешивались м/д собой, полосы делают шириной в 4кГц, а не в 3,1кГц (3,1 нужно для качественной передачи речи), оставляя м/д ними страховой промежуток в 900Гц. Если в канале м/д двумя FDM-коммутаторами одновременно передаются сигналы всех абонентских каналов, но каждый из них занимает свою полосу частот, то такой канал наз. уплотненным. Выходной FDM-коммутатор выделяет модулированные сигналы каждой несущей частоты и передает их на соотв-щий выходной канал, к которому непоср-венно подключен абонентский телефон.h2d27

Принцип коммутации на основе разделения частот остается неизменным и в сетях другого вида, меняются только границы полос, выделяемых отдельному абонентскому каналу, а также количество низкоскоростных каналов в уплотненном высокоскоростном.

6. Мультиплексирование каналов на основе разделения времени
При переходе к цифровой форме представления голоса была разработана новая техника мультиплексирования, ориентирующаяся на дискретный характер передаваемых данных – мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM).

МультиплексорКоммутаторДемультиплексор. Аппаратура TDM-сетей (мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры) работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течении цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл работы оборудования TDM равен 125мкс, что соотв. периоду следования замеров голоса в цифровом абонентском канале. Это значит, что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, наз. тайм-слотом. Его длительность зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором TDM или коммутатором.



Мультиплексор принимает инфу по N входным каналам от конечных абонентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скоростью 64кбит/с – 1байт каждые 125мкс. В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия: прием от каждого канала очередного байта данных; составление из принятых байтов уплотненного кадра, называемого обоймой; передача уплотненного кадра на выходной канал с битовой скоростью – Nх64кбит/с.

Порядок следования байта в обойме соотв-ет номеру входного канала, от которого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексором абонентских каналов зависит от его быстродействия. Демультиплексор выполняет обратную задачу – он разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соотв-ет номеру выходного канала.



h2d28

Коммутатор принимает уплотненный кадр по скоростному каналу от мультиплексора и записывает каждый байт из него в отдельную ячейку своей буферной памяти, причем в том порядке, в котором эти байты были упакованы в уплотненный кадр. Для выполнения операции коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в том порядке, который соотв-ет поддерживаемым в сети соед-ниям абонентов. Например, если 1 абонент левой части сети должен соединится со 2 абонентом в правой части сети, то байт, записанный в первую ячейку буферной памяти, будет извлекаться из нее вторым.

Сегодня практически все данные - голос, изображение, компьютерные данные - передаются в цифровой форме. Поэтому выделенные каналы TDM-технологии, которые обеспечивают нижний уровень для передачи цифровых данных, являются универсальными каналами для построения сетей любого типа: телефонных, телевизионных и компьютерных.

8. Организация передачи данных в структурах «точка-точка», основные проблемы и подходы к их решению
Наиболее простым случаем связи двух устройств является их непоср-венное соединение физическим каналом, такое соединение наз. связью «точка-точка» (point-to-point). Для обмена данными с внешними устройствами (как с собственной периферией, так и с другими компами) в компе предусмотрены интерфейсы, или порты, т.е. наборы проводов, соединяющих комп с устройствами, а также наборы правил обмена инфой по этим проводам. Логикой передачи сигналов на внешний интерфейс управляет аппаратное устройство компа – контроллер и программный модуль – драйвер. Для того, чтобы комп мог работать в сети, его ОС должна быть дополнена клиентским и/или серверным модулем, а также ср-вами передачи данных м/д двумя компами. В результате этого ОС компа становится сетевой.

Прога на одном компе не может получить непоср-венный доступ к ресурсам другого компа (дискам, файлам, принтеру). Она может только «попросить» об этом другую прогу, выполняемую на том компе, которому принадлежат эти ресурсы. Эти «просьбы» выражаются в виде сообщений, передаваемых по каналам связи м/д компами. Сообщения могут содержать не только команды на выполнение некоторых действий, но и собственно инфу с данными.

При соединении «точка-точка» на первый план выходит задача физической передачи данных по линиям связи. Эта задача среди прочего включает взаимную синхронизацию передатчика одного компа с приемником другого, а также подсчет контрольной суммы и передачу ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.

Синхронизация делится на 2 задачи:

- нужно знать начало передачи.

- нужно знать положение битого интервала.

Первая задача решается путем оформления данных в виде пакета, при этом в самом общем виде структура пакета может быть следующей:11

Методы решения второй задачи:

1) Асинхронный – инфа о положении бита никаким образом не передается в линию связи. Правильный прем данных опирается на ряд соглашений м/д передающей и приемной стороной: задается жесткий формат пакета данных, частота (и приемник и передатчик должны быть настроены на одну частоту передачи данных).

2) Синхронный – в каждом битовом интервале заложена инфа о его положении. Применяются самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для передатчика указания о том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного бита (или несколько битов, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала). Любой резкий перепад сигнала (фронт) может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком. При использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает св-ством самосинхронизации, т.к. изменение амплитуды несущей частоты дает возможность приемнику опред. момент появления входного кода.



9. Методы поддержания синхронизации на уровне битовых интервалов в системах передачи данных
Перед передачей сигнала в линию его нужно сгенерировать по входной битовой последовательности, т.е. осуществить линейное кодирование. Системы линейного кодирования делятся на потенциальные и импульсные. В потенциальных бит кодируется постоянным значением физической величины (напр: напряжением) во время отведенного битового интервала. В импульсных кодах бит кодируется изменением значения физического сигнала.

Одним из основных требований к системе линейного кодирования является надежное распознавание сигнала принимающей стороной. Для этого необходимо обеспечить синхронизацию отправителя и приемника. Использование отдельной линии для этой цели нерационально, поэтому используется способ внедрения информации о синхронизации в сам сигнал, т.е. так называемые самосинхронизирующиеся коды.



Биполярный импульсный код.

Наиболее простым случаем такого подхода является биполярный импульсный код, в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль - другой (рис. 2.16, в). Каждый импульс длится половину такта. Такой код обладает отличными самосинхронизирующими свойствами, но постоянная составляющая, может присутствовать, например, при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Кроме того, спектр у него шире, чем у потенциальных кодов. h2d16

Из-за слишком широкого спектра биполярный импульсный код используется редко.

Код Манчестер.

Применяется в технологиях Ethernet и Token Ring.

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль - обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется по крайней мере один раз за такт передачи одного бита данных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у биполярного импульсного. Недостатком такого подхода является то, что пропускная способность канала падает вдвое по сравнению с прямым кодированием.

Потенциальный код с инверсией при единице


Существует код, похожий на AMI, но только с двумя уровнями сигнала. При передаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный.

Этот код удобен в тех случаях, когда использование третьего уровня сигнала весьма нежелательно, например в оптических кабелях, где устойчиво распознаются два состояния сигнала - свет и темнота.



Логическое кодирование.

Логическое кодирование используется для улучшения потенциальных кодов

Логическое кодирование должно заменять длинные последовательности бит, приводящие к постоянному потенциалу, вкраплениями единиц.

Избыточный N/K-код.

Напр.: 4B/5B

Может уменьшать полосу или частоту передаваемого сигнала; за заданное число бит будет переход, и не один.

Замена каждых четырех бит данных новой пятибитовой группой. Эти группы выбраны из соображений баланса и чередования нулей и единиц, что улучшает самосинхронизирующие качества потока данных. Такая кодировка используется в технологиях FDDI и Fast Ethernet.

Использование избыточного бита позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Потенциальные коды обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узкой полосой спектра сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе пропускания кабеля. Однако, прямое использование потенциальных кодов для передачи исходных данных без избыточного бита невозможно из-за плохой самосинхронизации приемника и источника данных: при передаче длинной последовательности единиц или нулей в течение долгого времени сигнал не изменяется, и приемник не может определить момент чтения очередного бита.

При использовании пяти бит для кодирования шестнадцати исходных 4-х битовых комбинаций, можно построить такую таблицу кодирования, в которой любой исходный 4-х битовый код представляется 5-ти битовым кодом с чередующимися нулями и единицами. Тем самым обеспечивается синхронизация приемника с передатчиком.

Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых порций для кодирования порций исходных данных нужно только 16, то остальные 16 комбинаций в коде 4B/5B используются в служебных целях.

Наличие служебных символов позволило использовать схему непрерывного обмена сигналами между передатчиком и приемником и при свободном состоянии среды. Для обозначения незанятого состояния среды используется служебный символ Idle (11111), который постоянно циркулирует между передатчиком и приемником, поддерживая их синхронизм и в периодах между передачами информации, а также позволяя контролировать физическое состояние линии.

Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы.Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов JK), а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ T.
10. Асинхронные протоколы передачи данных: преимущества и недостатки (на примере RS232C).
Данные обычно передаются между двумя устройствами кодовыми символами фиксированной длины (байтами данных). Т.к. каждый символ передается последовательно, принимающее устройство получает один из двух сигнальных уровней, которые варьируются в соответствии с битовой схемой (и, следовательно, со строкой символов, образующих сообщение). Чтобы принимающее устройство корректно декодировало и интерпретировало битовую схему, оно должно быть способно определить:

-Начало ячейки каждого битового периода,

-Начало и конец каждого элемента (символа или байта),

-Начало и конец каждого завершенного блока сообщения (называемого кадром).

Эти три задачи известны как битовая (или временная), символьная (или байтовая) и блоковая (или кадровая) синхронизации.

Возникает проблема синхронизации:1)нужно знать начало передачи.

2)положение бита.

Первая задача решается путем оформления данных в виде пакета, при этом в самом общем виде структура пакета может быть следующей:



Вторая задача – определение положения битового интервала и удержание его.
Асинхронный – информация о положении бита никаким образом не передается в линию связи.Этот метод используется, когда нужные для передачи данные генерируются через случайные интервалы времени, например, пользователем за клавиатурой.

Правильный прием данных опирается на ряд соглашений между передающей и приемной сторонами: задается жесткий формат пакета данных, частота (и приемщик и передатчик должны быть настроены на одну частоту передачи данных).

Сигнал в линии будет в состоянии ожидания долгое время между символами. Поэтому получатель должен выполнять синхронизацию в начале каждого нового получаемого символа. Для этого каждый передаваемый символ или байт помещается между дополнительным start-битом и одним или несколькими stop-битами

Напр.: RS232C (com-порт).

к.р. – контрольный разряд, мжет быть:

1)всегда «0».

2)всегда «1».

3)дополненное до четного.

4)дополненное до нечетного.

Стоп: 1, 1.5, 2 (расстояние между пакетами).

Асинхронная передача используется также для передачи блоков символов (байт) между двумя компьютерами. В этом случае start-бит каждого последующего символа сразу следует за stop-битом предыдущего символа, т.к. символы в блоке передаются один за другим без задержки между ними. Полярность start и stop битов различна. Этим обеспечивается наличие минимум одного перехода 1-0-1 между последовательными символами, вне зависимости от их битового содержимого. Первый переход 1-0 после периода ожидания используется получающим устройством для определения начала нового символа. Дополнительно, при использовании частоты синхронизации в N раз выше, чем частота передаваемой битовой скорости (обычно N=16), получающее устройство может определять состояние каждого переданного бита в периоде битовой ячейки.

Наконец, когда передаются блоки байтов, каждый блок вставляется между парой зарезервированных управляющих символов для достижения блоковой (кадровой) синхронизации.

Недостатки:

1)при асинхронной передаче используется метод введения дополнительных бит для символа, что снижает реальную скорость передачи данных.2)сравнительно грубый метод битовой синхронизации.3)небольшие блоки передаваемой информации.
11. Синхронные протоколы передачи данных: основные проблемы и методы их решения.
Данные обычно передаются между двумя устройствами кодовыми символами фиксированной длины (байтами данных). Т.к. каждый символ передается последовательно, принимающее устройство получает один из двух сигнальных уровней, которые варьируются в соответствии с битовой схемой (и, следовательно, со строкой символов, образующих сообщение). Чтобы принимающее устройство корректно декодировало и интерпретировало битовую схему, оно должно быть способно определить:

-Начало ячейки каждого битового периода,

-Начало и конец каждого элемента (символа или байта),

-Начало и конец каждого завершенного блока сообщения (называемого кадром).

Эти три задачи известны как битовая (или временная), символьная (или байтовая) и блоковая (или кадровая) синхронизации.

Возникает проблема синхронизации:

1)нужно знать начало передачи.

2)положение бита.




Первая задача решается путем оформления данных в виде пакета, при этом в самом общем виде структура пакета может быть следующей:


Вторая задача – определение положения битового интервала и удержание его.

Синхронный – в каждом битовом интервале заложена информация о его положении.

Используется для передачи больших блоков данных на высоких скоростях.

При синхронной передаче каждый блок или кадр данных передается как непрерывный битовый поток без задержки между его 8-битовыми элементами. Для достижения принимающим устройством синхронизации делается следующее.

1) Передаваемый битовый поток надлежащим образом кодируется так, чтобы получатель был способен сохранить битовую синхронизацию.

2)Все кадры сопровождаются одним или более резервными байтами или символами для обеспечения получателем достоверной интерпретации полученного битового потока по верным символам или байт-границам (символьная или байтовая синхронизация).

3) Содержание каждого кадра помещается между парой зарезервированных управляющих символов или байт для кадровой синхронизации.

В случае синхронной передачи в течение периода между передачей последующих кадров,

1)либо непрерывно передаются синхронные символы ожидания для обеспечения получателем способности оставаться в режиме битовой и байтовой синхронизации,

2)либо каждый кадр предваряется двумя или более специальными синхронизирующими байтами или символами для того, чтобы позволить получателю восстановить синхронизацию.



Общая схема синхронной передачи:





12. Проблемы организации доступа к передающей среде в локальных сетях и основные подходы к их решению
Совместно используемый несколькими интерфейсами физический канал наз. разделяемым. Существуют различные способы решения задачи организации совместного доступа к разделяемым линия связи. Одни из них используют централизованный подход, когда доступом управляет специальное устройство – арбитр, другие – децентрализованный. В сетях организация доступа к линиям связи имеет свою специфику из-за большого времени распространения сигналов по линиям связи, поэтому процедуры согласования доступа к линии связи могут занимать слишком большой промежуток времени и приводить к значительным потерям производительности. Несмотря на это, в лок. сетях разделяемые среды используются очень часто (Ethernet, Token Ring, FDDI). В глобальных сетях разделяемые среды практически не используются. Это объясняется тем, что большие временные задержки распространения сигналов вдоль протяженных каналов связи приводят к слишком длительным переговорным процедурам доступа к разделяемой среде, сокращая до неприемлемого уровня долю полезного использования канала связи на передачу данных абонентов. Однако наметилась тенденция отказа от разделяемых сред передачи данных и в лок. сетях, поскольку за достигаемое таким образом удешевление сети приходится расплачиваться производительностью. Сеть с разделяемой средой при большом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными линиями связи, т.к. пропускная способность индивидуальной линии связи достается одному компу, а при ее совместном использовании – делится м/д всеми компами сети.

Различают 2 осн. топологии:

+ полносвязная – каждый комп непоср-венно связан со всеми остальными.

+ неполносвязная – все остальные конфигурации:

- с кольцевой конфигурацией – данные передаются по кольцу от одного компа к другому. Достоинства: по своей природе сеть обладает св-ством резервирования связей, кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи (данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику)  отправитель может контролировать процесс доставки данных адресату.

- топология звезда – каждый комп подключается отдельным кабелем к общему центральному устройству (концентратору). В функции концентратора входит направление передаваемой компом инфы одному или всем остальным компам в сети. В качестве концентратора может выступать как комп, так и многовходовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. Недостатки: более высокая стоимость из-за приобретения спец. центрального устройства, возможности по наращиванию кол-ва узлов ограничиваются кол-вом портов концентратора.

- конфигурация общая шина – к пассивному кабелю (коаксиал, радиосреда) коннектят несколько компов. Передаваемая инфа распространяется по кабелю и доступна одновременно всем компам, присоединенным к кабелю. Преимущества: дешевизна и простота наращивания. Недостатки: низкая надежность, невысокая производительность (в один момент времени лишь один комп передает данные).

- смешанная топология – объединение базовых топологий.



Метод доступа CSMA/CD.

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD). Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компы такой сети имеют непоср-венный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных м/д любыми двумя узлами сети. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA). Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ. Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. Для уменьшения вероятности этой ситуации непоср-венно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель, чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. При этом происходит коллизия, т.к. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению инфы. Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью. После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра инфы, после чего отказывается от его передачи.

Источником большого числа столкновений (помимо информационной перегрузки) может служить запредельная суммарная длина логического кабельного сегмента, слишком большое число повторителей, обрыв кабеля, отсутствие терминатора (50-омного согласователя кабеля) или неисправность одного из интерфейсов. Но сами по себе столкновения не являются чем-то негативным – это механизм, регулирующий доступ к сетевой среде.

Организация доступа к передающей среде методом переключения регистра.

pic_for_lec\16.bmp

Есть магистраль и есть комп который к ней надо как-то подключить. Для этого ставят пару ключей и регистр. Когда компу магистраль не нужна (нечего передавать), ключи как бы замыкают линию (К1=1, К2=1) и все данные проходят напрямую. Когда компу надо что-то передать - магистраль подключается к регистру: К1=2 (чтобы не пропало то, что идёт по ней во время захвата), а на это время комп подключается к магистрали, но с другого конца (К2=3). После окончания передачи, линия снова замыкается, а все накопленные данные в регистре выталкиваются в магистраль: К2=2 (если конечно в регистре есть к-нить данные). Затем всё возвращается в исходное состояние. Проблемы:- синхронизации и проблема снятия пакета. Для синхронизации ставят 2 регистра, что решает согласование фаз.



Маркерный метод доступа.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница