Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 45
Текст из файла (страница 45)
10Base5означает, что кабель обеспечивает пропускную способность на 10 Мбит/сек., использует аналоговыйсигнал, и максимальная длина сегмента равна 500 метров.Таблица 4-15. Наиболее распространенные средства передачи данныхстандарта IEEE 802НазваниеТип кабеляМаксимальная Кол-во узловдлина сегмента на сегментПреимущества10Base5Толстый коаксиал500 м10010Base2Тонкий коаксиал200 м30100 м1024Простое обслуживание2000 м1024Идеально для соединения зданий10Base-T Витая пара10Base-F ОптоволокноПодходит для магистралейСамый дешевыйВторым исторически появился кабель 10Base2 - «тонкий» Ethernet. Это более простой вупотреблении кабель с простым подключением через BNC-коннектор. Этот коннектор представляет собойТ-образное соединение коаксиальных кабелей.
Кабель для тонкого Ethernet дешевле. Однако его сегментне должен превосходить 200 метров и содержать более 30 машин.Проблемы поиска обрыва, частичного повреждения кабеля или плохого контакта в коннекторепривели к созданию совершенно иной кабельной конфигурации на витой паре. Здесь каждая машинасоединена со специальным устройством - хабом (hub) витой парой. Этот способ подключения называется10Base-T.Данные три способа подключения показаны на рисунке 4-16.
В 10Base5 (рисунок 4-16 (a))трансивер размещается прямо на кабеле. Он отвечает за обнаружение несущей частоты и коллизий. Когдатрансивер обнаруживает коллизию, он посылает специальный сигнал по кабелю, чтобы гарантировать, чтодругие трансиверы услышат коллизию. Трансивер на кабеле соединяется с компьютером трансивернымкабелем. Его длина не должна превосходить 50 метров. Он состоит из 5 витых пар. Две - для передачиданных к компьютеру и от него, две - для передачи управляющей информации в обе стороны, и пятая пара- для подачи питания на трансивер.
Некоторые трансиверы позволяют подключать к себе до восьмимашин.Рисунок 4-16. Три способа подключения по стандарту IEEE 802Трансиверный кабель подключается к контроллеру в компьютере. На этом контроллере естьспециальная микросхема, которая отвечает за прием кадров и их отправку, проверку и формированиеконтрольной суммы. В некоторых случаях она отвечает за управление буферами на канальном уровне,очередью буферов на отправку, прямой доступ к памяти машины и другие вопросы доступа к сети.У 10Base2 трансивер расположен наиндивидуальный трансивер (рисунок 4-16 (b)).контроллере.КаждаямашинадолжнаиметьсвойУ 10Base-T трансивера нет вовсе (рисунок 4-16 (c)).
Машина соединяется с хабом витой парой, длинакоторой не должна превосходить 100 метров. Вся электроника сосредоточена в хабе.Наконец, последний вид кабеля 10Base-F - оптоволоконный вариант. Он относительно дорог, нонизкий уровень шума и длина одного сегмента - важные достоинства этого кабеля.На рисунке 4-17 показаны различные топологии использования Ethernet. Чтобы увеличить длинусегмента, используются репитеры. Это устройство физического уровня, которое отвечает за очистку,усиление и передачу сигнала. Репитеры не могут отстоять более чем на 2,5 км, и на одном сегменте их неможет быть более четырех.Рисунок 4-17. Топологии Ethernet4.3.1.2. Манчестерский кодНи одна версия IEEE 802.3 не использует прямого кодирования, т.к.
оно очень неоднозначно. Так,например, оно не позволяет однозначно отличить 00100011 от 10001100 или 01000110 бездополнительных усилий на синхронизацию. Нужен был метод, который бы позволял определять начало,середину и конец передачи каждого бита без особой побитной синхронизации. Было предложено дваметода для этого: манчестерский код и дифференциальный манчестерский код (см. главу 2).При использовании Манчестерского кода весь период передачи бита разбивается на два равныхинтервала. При передаче 1 передается высокий сигнал в первом интервале и низкий - во втором.
Припередаче 0 - наоборот. Такой подход имеет переход в середине передачи каждого бита, что позволяетсинхронизироваться приемнику и передатчику. Недостатком такого подхода является то, что пропускнаяспособность канала падает вдвое по сравнению с прямым кодированием. Манчестерский код показан нарисунке 4-18.Рисунок 4-18. Манчестерский кодПри использовании дифференциального манчестерского кода при передаче 1 в начале передачи нетразличия в уровне с предыдущим интервалом передачи, т.е. нет перепада в уровне в начале каждогоинтервала, а при передаче 0 - есть. Этот способ кодирования обладает лучшей защищенностью, чемпросто манчестерский код, но требует более сложного оборудования.4.3.1.3. IEEE 802.3: протокол МАС-подуровняСтруктура кадра в IEEE 802.3 показана на рисунке 4-19. Кадр начинается с преамбулы - 7 байтвида 10101010, которая в манчестерском коде на скорости 10 МГц обеспечивает 5,6 мксек длясинхронизации приемника и передатчика.
Затем следует стартовый байт 10101011, обозначающий началопередачи.Рисунок 4-19. Структура кадра IEEE 802.3Хотя стандарт допускает двух- и шестибайтные адреса, для 10Base используются только 6-байтные.0 в старшем бите адреса получателя указывает на обычный адрес. Если там 1, это признак групповогоадреса. Групповой адрес позволяет обращаться сразу к нескольким станциям одновременно.
Если адресполучателя состоит из одних единиц - это вещательный адрес, т.е. этот кадр должны получить все станциив сети.Другой интересной возможностью адресации является различение локального адреса и глобального.На то, какой адрес используется, указывают 46 бит. Если этот бит 1 - это локальный адрес, которыйустанавливает сетевой администратор и вне данной сети этот адрес смысла не имеет. Глобальный адресустанавливает IEEE и гарантирует, что нигде в мире нет такого второго. С помощью 46 битов можнополучить 7х1013 глобальных адресов.Поле длины указывает на длину поля данных.
Она может быть от 0 до 1500 байт. То, что поледанных может иметь длину 0, вызывает проблему для обнаружения коллизий. Поэтому IEEE 802.3предписывает, что кадр не может быть короче 64 байт. Если длина поля данных недостаточна, то поле Padкомпенсирует нехватку длины.Ограничение на длину кадра связано со следующей проблемой. Если кадр короткий, то станцияможет закончить передачу прежде, чем начало кадра достигнет самого отдаленного получателя. В этомслучае она может пропустить коллизию и ошибочно считать, что кадр доставлен благополучно.
Пусть t минимальное время распространения сигнала до самой удаленной станции. Тогда минимальная длинакадра должна быть такой, чтобы время передачи кадра такой длины занимало не менее 2t секунд. Этуситуацию поясняет рисунок 4-20. Для IEEE 802.3 (2,5 км и четырех репитерах) это время равно 51,2мксек., что соответствует 64 байтам. При больших скоростях длина кадра должна быть еще больше.Например, на скорости 1 Гбит при длине сегмента 2,5 км она будет равна 6400 байтам. И это становитсяпроблемой при переходе на высокие скорости передачи.Рисунок 4-20. Обнаружение коллизииПоследнее поле - контрольная сумма, которая формируется с помощью CRC-кода. Мы рассматривалиэти коды в главе 3.4.3.1.4. Двоичный экспоненциальный алгоритм задержкиТеперь рассмотрим, как определяется случайная величина задержки при возникновении коллизий.При возникновении коллизии время разбивается на слоты длиной, соответствующей наибольшему временираспространения сигнала в оба конца (2t).
Для 802.3, как уже было указано, это время при длине линии2,5 км и четырех репитерах равно 51,2 мксек.При первой коллизии станции, участвовавшие в ней, случайно выбирают 0 или 1 слот для ожидания.Если они выберут одно и то же число, то коллизия возникнет опять. Тогда выбор будет происходить средичисел 0, 2i, 1, где i - порядковый номер очередной коллизии.После 10 коллизий число слотов достигает 1023 и далее не увеличивается, после 16 коллизийEthernet-контроллер фиксирует ошибку и сообщает о ней более высокому уровню стека протоколов.Этот алгоритм называется алгоритм двоичной экспоненциальной задержки. Он позволяетдинамически подстраиваться под число конкурирующих станций. Если для каждой коллизии случайныйинтервал был бы равен 1023, то вероятность повторной коллизии для двух станций была бы пренебрежимомала.
Однако среднее время ожидания разрешения коллизии было бы сотни слотов. Если бы случайныйинтервал был бы постоянно 0 или 1, то при 100 станциях разрешение коллизии потребовало бы годы, таккак 99 станций должны были бы случайно выбрать, скажем, 0 и лишь одна - 1.4.3.1.5. Производительность IEEE 802.3Здесь мы рассмотрим производительность 802.3 при условии плотной и постоянной нагрузки.
У насесть k станций, всегда готовых к передаче. С целью упрощения анализа при коллизиях мы будемрассматривать не алгоритм двоичной экспоненциальной задержки, а постоянную вероятность повторнойпередачи в каждом слоте. Если каждая станция участвует в состязаниях в слоте с вероятностью p, товероятность А, что некоторая станция захватит канал в этом слоте, равнаА достигает максимума при p = 1 / k , А ® 1 / е при k ® ¥. Вероятность, что период состязаний будетиметь j слотов, равна A(1 - A)j-1. Отсюда среднее число слотов в состязаниях равноТак как каждый слот имеет длительность 2t, то средний интервал состязаний w равен 2t / А.Предполагая оптимальное значение р, wе5.4 .
Если передача кадра средней длины занимает mсек, то при условии большого числа станций, постоянно имеющих кадры для передачи, эффективностьканала равнаИз этой формулы видно, что чем длиннее кабель, тем хуже эффективность, т.к. растет длительностьпериода состязаний. При длительности 51,2 мксек, что соответствует 2,5 км при четырех репитерах искорости передачи 10 Мбит/сек., минимальный размер кадра - 512 бит, или 64 байта.На рисунке 4-21 показана зависимость эффективности канала от числа готовых к передаче станцийпри сделанных выше предположениях о длине канала, скорости передачи и минимальной длине кадра.При этом следует учитывать, что хотя с ростом длины кадра эффективность канала растет, время задержкикадра в системе также увеличивается.Рисунок 4-21.
Эффективность канала 802.3Как показали экспериментальные исследования, предположение о том, что трафик в канале можетбыть описан распределением Пуассона (опираясь на это предположение, было сделано очень многотеоретических исследований) не верно. Увеличение длительности наблюдений не сглаживает трафик, недает определенного среднего значения.4.3.2. Стандарт IEEE 802.4: шина с маркеромСтандарт 802.3 получил очень широкое распространение. Однако там, где возникала потребность врежиме реального времени, он вызывал нарекания. Во-первых, потому что с ненулевой вероятностьюстанция может ожидать сколь угодно долго отправки кадра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
