1 (1131253), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

Метод CDMA основан на принципиально иной идеи – каждый участник связи может использовать всю полосу пропускания канала. У каждого свой уникальный «язык», поэтому все могут говорить сразу. Понимать друг друга будут только те, кто говорит на одном языке.

В CDMA-системе каждый бит сообщения кодируется последовательностью из m частиц. Бит со значением 0 передается инвертированной последовательностью частиц, бит 1 – прямой. Каждой мобильной станции присваивается уникальный код – последовательность частиц.

Ясно, что такая техника возможна, только если при увеличении объема передаваемой информации будет пропорционально увеличиваться ширина полосы пропускания. При использовании техники FDM канал 1 МГц может быть разделен на 100 подканалов по 10 кГц каждый. Таким образом, мы сможем осуществлять передачу по таким подканалам со скоростью 10 кбит/сек. (1 бит на 1 Гц). В случае CDMA каждый может использовать всю полосу, т.е. 1 МГц. Если мы будем использовать 10-разрядные последовательности частиц (что предполагает 2¹⁰ разных последовательностей), то сможем передавать данные со скоростью 100 кбит/сек.

Кроме этого, поскольку каждая станция имеет уникальную последовательность частиц, то не требуется дополнительного шифрования. Отсюда ясно преимущество CDMA по отношению к TDM- и FDM-техникам.

Идея уникальности последовательности частиц для каждой станции основана на ортогональных кодах. Суть этих кодов состоит в следующем: если обозначить последовательности частиц для станции S как S, а для станции T - T, то

Как получатель узнает последовательность частиц отправителя? Например, за счет соответствующего быстродействия он может слышать всех, обрабатывая алгоритмом декодирования для каждой последовательности в параллель. На практике поступают несколько иначе. Однако мы не будем здесь заниматься этим вопросом.

Билет № 28.

Стандарты IEEE 802.х для локальных и муниципальных сетей: Стандарт IEEE 802.3 и Ethernet (кабели, способ физического кодирования, алгоритм вычисления задержки, МАС подуровень, производительность). Стандарт IEEE 802.2: управление логическим каналом.

Все стандарты для локальных сетей сконцентрированы в документе IEEE 802. Этот документ разделен на части. IEEE 802.1 содержит введение в стандарты и описание примитивов. IEEE 802.2 описывает протокол LLC (Logical Link Control – управление логическим каналом), который является верхней частью канального протокола. Стандарты с IEEE 802.3 по IEEE 802.5 описывают протоколы CSMA/CD для локальных сетей, шину с маркером и кольцо с маркером. Каждый стандарт покрывает физический уровень и МАС-подуровень. К их изучению мы и переходим.

Стандарт IEEE 802.3 относится к 1-настойчивым протоколам CSMA/CD для локальных сетей. Напомним, что прежде чем начать передачу, станция, использующая такой протокол, опрашивает канал. Если он занят, то она ждет и как только он освободится, она начинает передачу. Если несколько станций одновременно начали передачу, то возникает коллизия. Тут же передача прекращается. Станции ожидают некоторый случайный отрезок времени, и все начинается сначала.

Стандарт IEEE 802.3 имеет очень интересную историю. Начало положила ALOHA. Потом компания XEROX построила CSMA/CD канал на 2,94 Мбит/сек., объединивший 100 персональных компьютеров на 1 километре кабеля. Эта система была названа Ethernet. Ethernet Xerox’а получил такой большой успех, что Xerox, DEC и Intel решили объединиться и создали Ethernet 10 Мбит/сек. Эта разработка и составила основу стандарта IEEE 802.3. Отличие стандарта от оригинальной разработки состояло в том, что стандарт охватывал все семейство 1-настойчивых алгоритмов, работающих со скоростью от 1-10 Мбит/сек. Есть отличия в заголовке кадров. Стандарт определяет также параметры физической среды для 50-омного коаксиального кабеля.

IEEE 802. Кабели.

Всего по стандарту допускается четыре категории кабелей. Исторически первым был так называемый «толстый» Ethernet - 10Base5. Это желтого цвета кабель с отметками через каждые 2,5 метра, которые указывают, где можно делать подключения. Подключение делается через специальные розетки с трансивером, которые монтируются прямо на кабеле. 10Base5 означает, что кабель обеспечивает пропускную способность на 10 Мбит/сек., использует аналоговый сигнал, и максимальная длина сегмента равна 500 метров.

Вторым исторически появился кабель 10Base2 - «тонкий» Ethernet. Это более простой в употреблении кабель с простым подключением через BNC-коннектор. Этот коннектор представляет собой Т-образное соединение коаксиальных кабелей. Кабель для тонкого Ethernet дешевле. Однако его сегмент не должен превосходить 200 метров и содержать более 30 машин.

Проблемы поиска обрыва, частичного повреждения кабеля или плохого контакта в коннекторе привели к созданию совершенно иной кабельной конфигурации на витой паре. Здесь каждая машина соединена со специальным устройством - хабом (hub) витой парой. Этот способ подключения называется 10Base-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. Когда трансивер обнаруживает коллизию, он посылает специальный сигнал по кабелю, чтобы гарантировать, что другие трансиверы услышат коллизию. Трансивер на кабеле соединяется с компьютером трансиверным кабелем. Его длина не должна превосходить 50 метров. Он состоит из 5 витых пар. Две - для передачи данных 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 восьми машин.

Рисунок 4-16. Три способа подключения по стандарту IEEE 802

Трансиверный кабель подключается к контроллеру в компьютере. На этом контроллере есть специальная микросхема, которая отвечает за прием кадров и их отправку, проверку и формирование контрольной 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 на контроллере. Каждая машина должна иметь свой индивидуальный трансивер (рисунок 4-16 (b)).

У 10Base-T трансивера нет вовсе (рисунок 4-16 (c)). Машина соединяется с хабом витой парой, длина которой не должна превосходить 100 метров. Вся электроника сосредоточена в хабе.

Наконец, последний вид кабеля 10Base-F - оптоволоконный вариант. Он относительно дорог, но низкий уровень шума и длина одного сегмента - важные достоинства этого кабеля.

Чтобы увеличить длину сегмента, 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 не может быть более четырех.

Манчестерский код.

Ни 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 без дополнительных усилий на синхронизацию. Нужен был метод, который бы позволял определять начало, середину и конец передачи каждого бита без особой побитной синхронизации. Было предложено два метода для этого: манчестерский код и дифференциальный манчестерский код.

При использовании Манчестерского кода весь период передачи бита разбивается на два равных интервала. При передаче 1 передается высокий сигнал в первом интервале и низкий - во втором. При передаче 0 - наоборот. Такой подход имеет переход в середине передачи каждого бита, что позволяет синхронизироваться приемнику и передатчику. Недостатком такого подхода является то, что пропускная способность канала падает вдвое по сравнению с прямым кодированием.

При использовании дифференциального манчестерского кода при передаче 1 в начале передачи нет различия в уровне с предыдущим интервалом передачи, т.е. нет перепада в уровне в начале каждого интервала, а при передаче 0 - есть. Этот способ кодирования обладает лучшей защищенностью, чем просто манчестерский код, но требует более сложного оборудования.

IEEE 802.3: протокол МАС-подуровня.

Структура кадра в IEEE 802.3 показана на рисунке 4-19. Кадр начинается с преамбулы - 7 байт вида 10101010, которая в манчестерском коде на скорости 10 МГц обеспечивает 5,6 мксек для синхронизации приемника и передатчика. Затем следует стартовый байт 10101011, обозначающий начало передачи.

Рисунок 4-19. Структура кадра IEEE 802.3

Хотя 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 группового адреса. Групповой адрес позволяет обращаться сразу к нескольким станциям одновременно. Если адрес получателя состоит из одних единиц - это вещательный адрес, т.е. этот кадр должны получить все станции в 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, который устанавливает сетевой администратор и вне данной сети этот адрес смысла не имеет. Глобальный адрес устанавливает IEEE и гарантирует, что нигде в мире нет такого второго. С помощью 46 битов можно получить 7х10¹³ глобальных адресов.

Поле длины указывает на длину поля данных. Она может быть от 0 до 1500 байт. То, что поле данных может иметь длину 0, вызывает проблему для обнаружения коллизий. Поэтому IEEE 802.3 предписывает, что кадр не может быть короче 64 байт. Если длина поля данных недостаточна, то поле Pad компенсирует нехватку длины.

Ограничение на длину кадра связано со следующей проблемой. Если кадр короткий, то станция может закончить передачу прежде, чем начало кадра достигнет самого отдаленного получателя. В этом случае она может пропустить коллизию и ошибочно считать, что кадр доставлен благополучно. Пусть τ - минимальное время распространения сигнала до самой удаленной станции. Тогда минимальная длина кадра должна быть такой, чтобы время передачи кадра такой длины занимало не менее 2τ секунд. Для IEEE 802.3 (2,5 км и четырех репитерах) это время равно 51,2 мксек., что соответствует 64 байтам. При больших скоростях длина кадра должна быть еще больше. И это становится проблемой при переходе на высокие скорости передачи.

Последнее поле - контрольная сумма, которая формируется с помощью CRC-кода. Мы рассматривали эти коды в главе 3.

Двоичный экспоненциальный алгоритм задержки.

Теперь рассмотрим, как определяется случайная величина задержки при возникновении коллизий. При возникновении коллизии время разбивается на слоты длиной, соответствующей наибольшему времени распространения сигнала в оба конца (2τ). Для 802.3, как уже было указано, это время при длине линии 2,5 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 среди чисел 0, 2ⁱ, 1, где i - порядковый номер очередной коллизии.

После 10 коллизий число слотов достигает 1023 и далее не увеличивается, после 16 коллизий Ethernet-контроллер фиксирует ошибку и сообщает о ней более высокому уровню стека протоколов.

Этот алгоритм называется алгоритм двоичной экспоненциальной задержки. Он позволяет динамически подстраиваться под число конкурирующих станций. Если для каждой коллизии случайный интервал был бы равен 1023, то вероятность повторной коллизии для двух станций была бы пренебрежимо мала. Однако среднее время ожидания разрешения коллизии было бы сотни слотов. Если бы случайный интервал был бы постоянно 0 или 1, то при 100 станциях разрешение коллизии потребовало бы годы, так как 99 станций должны были бы случайно выбрать, скажем, 0 и лишь одна - 1.

Производительность IEEE 802.3.

Здесь мы рассмотрим производительность 802.3 при условии плотной и постоянной нагрузки. У нас есть k станций, всегда готовых к передаче. С целью упрощения анализа при коллизиях мы будем рассматривать не алгоритм двоичной экспоненциальной задержки, а постоянную вероятность повторной передачи в каждом слоте. Если каждая станция участвует в состязаниях в слоте с вероятностью p, то вероятность А, что некоторая станция захватит канал в этом слоте, равна

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)