Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 34
Текст из файла (страница 34)
А её всячески стараются сократить для того, чтобы частотные возможности кабеля позволяли без существенных искажений один, а тои несколько потоков данных.Очевидно, что физические и логические характеристики передаваемыхсигналов определяются физическими характеристиками среды передачи данных. Одну из главных ролей здесь играет частотный диапазон.Как известно из теории гармонического анализа, любой сигнал произвольного вида может быть с известной точностью представлен, как суммагармонических сигналов определённых частот и амплитуд. Распределениечастот таких гармонических сигналов по диапазону частот называется частотным спектром сигнала. Известно также, что сигнал прямоугольной формыимеет бесконечный спектр с одной центральной частотой и бесконечным ко228личеством дополнительных частот, или, как их ещё называют, гармоник, субывающими амплитудами.Цифровой сигнал представляет собой набор прямоугольных сигналовразличной длины.
Это значит, что и центральных частот будет несколько, и укаждой будет свой бесконечный набор дополнительных гармоник. Возникаетвопрос: как «упаковать» бесконечный частотный спектр цифрового сигнала вограниченный частотный диапазон среды передачи данных? Данную задачурешают с помощью специальных способов кодирования, обеспечивающихминимальное количество центральных частот и близость их значений.Наиболее популярным в вычислительных сетях способом кодированияявляется так называемый «манчестерский код». Согласно спецификациямманчестерского кода, информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом изнуля в единицу, а ноль – перепадом из единицы в ноль.
В начале каждоготакта может происходить служебный перепад сигнала, возникающий при передаче последовательностей, состоящих из одних нулей или единиц. Примерпередачи последовательности бит с помощью манчестерского кода представлен на рисунке.Рис.92 Манчестерский кодКак уже говорилось выше, каждый уровень модели OSI добавляет кпередаваемому сообщению свой заголовок, а иногда ещё и концевик. В нихвкладывается служебная информация, необходимая для работы протокола229соответствующего уровня. На физическом уровне заголовки и концевикичаще всего выполняют одну простую функцию. Они обозначают начало иокончание пакета данных, идущего по среде передачи.Например, стандарты технологии Ethernet, о которой мы поговоримчуть позже, предусматривают наличие заголовка физического уровня, называемого преамбулой.
Преамбула состоит из 8 байт. Первые 7 байт представляют собой последовательность нулей и единиц вида: 10101010. Последний,восьмой байт, называемый также ограничителем начала кадра, имеет вид10101011. Наличие двух единиц в конце указывает, что преамбула закончилась, и следующий бит уже принадлежит кадру канального уровня.230Лекция №16Канальный уровеньОсобенности протоколов канального уровня мы будем обсуждать напримере технологии Ethernet, наиболее популярной современной технологиипостроения локальных сетей.
Попутно ознакомимся с принципами работылокальных сетей и коммутационным оборудованием, применяемым для ихпостроения. Однако, прежде чем говорить об особенностях технической реализации обоих уровней в данной технологии, следует сказать пару слов о нейсамой.Технология Ethernet появилась в конце 70-х годов и, на сегодняшнийдень, является самой популярной технологией построения локальных сетей.Самая первая версия стандарта была разработана совместно компаниямиDigital, Intel и Xerox, и предусматривала передачу данных со скоростью10 мегабит в секунду. В начале 80-х годов была образована международнаярабочая группа IEEE 802.3, сделавшая Ethernet международным стандартом соткрытой документацией.
В настоящее время, обозначения всех документов,регламентирующихработусетейEthernet,начинаютсяспрефиксаIEEE 802.3.Дальнейшее развитие технологии шло по пути роста пропускной способности и освоения новых средств физического уровня. В 1995 году былпринят стандарт Fast Ethernet, предусматривавший увеличение пропускнойспособности до 100 мегабит в секунду. В 1998 появился Gigabit Ethernet, а в2002 – 10G Ethernet. В декабре 2007 года было объявлено о начале разработки стандартов 40- и 100-гигабитного Ethernet.Теперь разберёмся, как в технологии Ethernet реализованы функцииканального уровня. Спецификации Ethernet разделяют эти функции междудвумя подуровнями.2311. Подуровень управления доступом к среде (Media Access Control –MAC)2.
Подуровень управления логическим каналом (Logical Link Control –LLC)На подуровне MAC решаются такие задачи, как обеспечение доступа кразделяемой среде и передача кадров между абонентами путём использования функций и устройств физического уровня. Под разделяемой средой понимается физический канал передачи данных, к которому имеют доступ несколько абонентов, каждый из которых может передавать и принимать данные в любой момент времени. В качестве разделяемой среды может выступать кабель или сегмент сети, к которому подключено несколько компьютеров-абонентов, а также радиоэфир.Обеспечение доступа к разделяемой среде осуществляется с помощьютак называемого «Метода коллективного доступа с опознаванием несущей иобнаружением коллизий». В литературе данный метод чаще всего обозначается аббревиатурой от своего английского названия CSMA/CD (Carrier SenseMultiple Access with Collision Detection).Данный метод предусматривает, что все абоненты, подключённые кразделяемой среде, прослушивают несущую частоту передачи.
Абонент, желающий начать передачу, анализирует текущие характеристики несущей частоты и, если несущая свободна в течение некоторого периода времени, начинает передавать свои данные в сеть. Если в процессе передачи другому абоненту также понадобится передать данные, он, прослушивая несущую, поймёт, что среда занята и отложит передачу своих данных до момента, когдасреда освободится. После окончания передачи данных первым абонентом всеузлы сети должны выдержать специальную паузу, называемую межпакетныминтервалом (Inter Packet Gap – IPG).
Передаваемые данные фиксируютсявсеми узлами сети, но дальнейшую их обработку начинает только тот абонент, которому они были адресованы.232Казалось бы, схема проста и прозрачна. Однако ввиду того, что изменение характеристик несущей распространяются по сети не мгновенно, возможна ситуация, когда один узел уже начал передачу, но данные на несущейчастоте ещё не успели достигнуть всех узлов сети. Если в этот момент другойабонент тоже прослушивал несущую с целью передачи данных, то он будетсчитать, что среда свободна и тоже начнёт передавать свои данные.
Данные,посылаемые в сеть несколькими абонентами сразу, сталкиваются между собой и порождают так называемую коллизию, т.е., в буквальном переводе,столкновение. Данные, попавшие в коллизию, искажаются и уже не могутбыть правильно приняты адресатом. Если данные, следующие от отправителяк получателю, проходят через другие компьютеры, подключённые к сети, тосостояние коллизии охватит и их тоже. Область сети, включающая в себякомпьютеры, охваченные коллизией, называется доменом коллизий.Искажённые сигналы также распространяются по сети с конечной скоростью, поэтому передающие станции узнают о возникновении коллизии несразу, а через некоторое время.
Станция, обнаружившая коллизию, прерывает передачу своих данных и посылает в сеть специальную последовательность сигналов для того, чтобы ситуация коллизии усугубилась и все прочиеабоненты, передающие данные в канал, тоже узнали о ней. Эта последовательность сигналов называется jam-последовательностью (от английскогоjam – помеха) и, согласно спецификациям Ethernet, имеет длину 32 бита. После передачи jam-последовательности, передающая станция выдерживаетпаузу в течение выбираемого случайным образом периода времени.Рассмотрим работу метода CSMA/CD на следующем примере.
Предположим имеется два абонента, Абонент Х и Абонент У, подключённые к средепередачи данных, связывающей их между собой. Время измеряется стандартными квантами, начиная с момента t. Длительность кванта меньше, чемвремя следования данных по коммутационной среде от Абонента Х к Абоненту У. При таких условиях работу метода CSMA/CD можно описать в виде233таблицы, каждая строка которой соответствует определённому моменту времени и этапу в цикле работы данного метода.Абонент ХСредапередачиданныхАбонент УКомментарийПрослушиваниенесущейСредасвободнаПрослушиваниеНесущейАбоненты молчат, среда свободнаt+1Анализ несущейСредасвободнаt+2Передача данныхСредасвободнаt+3Передача данныхДанныеАбонента Хt+4Передача данныхКОЛЛИЗИЯt+5Передача данныхКОЛЛИЗИЯt+6КОЛЛИЗИЯКОЛЛИЗИЯt+7JAMпоследовательностьКОЛЛИЗИЯt+8ОжиданиеСредасвободнаМоментвремениtАбонент Х организует передачу данныхАбонент Х начинает передаАнализвать данные,НесущейАбонент Уорганизует передачу данныхАбонент Х передаёт данные,ПередачаАбонент У наДанныхчинает передавать данныеКоллизия данных, постуПередача данныхпающих отабонентовСигнал коллизии дошёл доКОЛЛИЗИЯАбонента УСигнал коллиJAMзии дошёл допоследовательностьАбонента ХАбонент УОжиданиепрекратил передачу.Абоненты прекратили передачу и ожидаютОжиданиев течение случайно выбираемого периода времениПрослушиваниеНесущейС обеспечением доступа к разделяемой среде мы разобрались, теперьразберёмся с вопросом собственно передачи данных.
Передача кадров средствами подуровня МАС основана на принципе присвоения каждому из або234нентов сети цифрового адреса, называемого MAC-адресом. MAC-адрес состоит из 6 байт и записывается, обычно, в виде 6 пар шестнадцатеричных чисел, например 11-СА-19-В3-EF-01. С помощью MAC-адреса можно обращаться не только к отдельным абонентам, но также к группам абонентов илидаже ко всем абонентам, подключённым к сети. Рассылка данных нескольким абонентам называется групповой, а рассылка данных всем абонентам сети – широковещательной.Назначение MAC-адресов может осуществляться централизовано илилокально. При локальном назначении администратор сети вручную прописывает каждому абоненту его MAC-адрес.Централизованное назначение адресов осуществляется международным комитетом IEEE, который выделяет каждому производителю диапазонMAC-адресов для производимого им сетевого оборудования.Единица передачи данных подуровня MAC называется кадром.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
