Цифровая передача

NETS and OSs
Фізичне кодування
Кодування інформації на физичному рівні (физично кодування).
Строб
Біти
Сигнал
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1
NRZ
Not Return to Zero
Переваги: простота
Недолік: відсутність самосинхронізації
Застосування: RS232 (S8N1)
Строб
Біти
Сигнал
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1
NRZI
Not Return to Zero Inverted
(перехід тільки для логічних "1")
Майже повний аналог NRZI
Застосування: 100BaseFX, FDDI, зазвичай використовується додаткове логічне кодування для попередження довгих послідовностей 0

NETS and OSs
Фізичне кодування
Строб
Біти
Сигнал
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1
RZ
Return to Zero
Трьохрівневий код
Переваги: хороша самосинхронізація
Недолік: потрібна в два раза більша полоса пропускання, ніж для NRZ
Строб
Біти
Сигнал
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1
Manchester II
Двохрівневий диференційный код з самосинхронізацією та
покращеною шумозахищеністю
("0" - перехід вверх, "1" - перехід вниз посередині біта)
Переваги: відсутня постійна складова, в спектрі тільки дві частоти (5 та 10 МГц для 10Мбіт/сек)
Застосування: 10BaseTX

NETS and OSs
Фізичне кодування
Строб
Біти
Сигнал
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1
MLT-3
MultiLevel Transition 3
Трьохрівневий код,
последовний перехід з одного рівня на інший, якщо "1"
Недолік: відсутність самосинхронізації
Використання: 100BaseTX
Строб
Биты
Сигнал
1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1
PAM-5
Схожий на 2B1Q (2 біта - 1 квартет)
Пятирівневий, кодування - пара біт - 4 потенціали
Переваги: нижчі вимоги до пропускної здатності кабельної системи
Застосування: 1000BaseT
11
10
01
00

NETS and OSs
Фізичне кодування
Тимчасове фізичне кодування ("0" - мала довжина імпульса, "1" - велика, код Морзе)
Частотне ("0" та "1" - імпульси с заповненням різними частотами)
Фазово (імпульси змінного струму різних фаз)
"1"
"1"
"0"

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Способи передачі
Симплексна передача (однонаправлена)
Дуплексна (повнодуплексна) (одновчасна передача в двох напрямках, не менше двох витих пар або оптоволокон)
Напівдуплексна (в різний час передача ведеться в разних напрямках, може бути тільки один канал передачі).
Tx
Rx
Tx,
Rx
Rx,
Tx
Tx
Rx
Rx
Tx
Tx - передавач
Rx - приймач

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Типи послідовної передачі
Асинхрона передача (посимвольна: старт біт, данні, біт парності, стоп біт(и)), неможливість відслідкувати множинні помилки, проста, відпрацьована, недорога, третина пропускноі здатності каналу втрачається на передачу службових біт);
Синхронна передача (передача блоками, последовність синхронізуючих біт та закриваючих біт, висока швидкість передачі даних (до кількох Гб/с), надійниий механізм пошуку помилок (протокольний), дорогше апаратне забезпечення.

NETS and OSs
«Ущільнення" ліній зв`язку
Частотне (широкополосна передача, захисні частотні інтервали, стабільність несучих частот).
Тимчасове:
синхронне (всім мультиплексованим лініям завжди надаються рівні проміжки часу)
асинхронне («активним" лініям - більше часових відрізків, складніше).
f, Гц
MX
MX
1
2
3
1 2 3 1
MX
MX
1
2
3
1 3 1 3

NETS and OSs
Способи комутації
некомутовані канали;
комутація каналів (довший час налаштування фізичних з`єднань, немає необхідності мати великий буфер в пристроях комутації);
комутація повідомлень (стирання повідомлень в попередньому вузлі відбувається після отримання сигналу зворотнього зв`язку від наступного вузла, пропускна здатність каналів може відрізнятися, великі затримки при передачі повідомлень, великий об`єм пам`яті в вузлах, приклад: передача потових повідомлень від відправника до адресата);
пакетна комутація (в кжного пакета є заголовок та порядковй номер, зменшення часу передачі за рахунок розпаралелювання потоків пакетів, зменьшеня об`єма пам`яті в вузлі).
Два способи передачі пакетів при пакетній комутації:
- дейтаграмный (різні маршрути і збірка пакетів)
- спосіб віртуального канала (передача повідомлень з ланцюжка пакетів, ускладнює алгоритми керування в вузлі комутації).

NETS and OSs
Маршрутизація в мережах
Маршрутизація - процес перенаправлення руху даних від вузла до вузла (мережевий рівень). Проміжні вузли на шляху - маршрутизатори.
Адаптивний вибір маршрута.
A
B
C
D
E
F
G
A, B – комп`ютери,
C, D, E, F, G - проміжні маршрутизатори

NETS and OSs
Комунікаційні пристрої
Репітер (концентратор, хаб, повторювач, фізичний рівень)
Звичайне підсилення або перетворення в оптичний для подальшої передачі.
Правило 5-4-3 (для Ethernet)
При побудові кабельної мережі на концентраторах (репітерах) можна використовувати максимально 5 сегментів, з`єднавши їх між собою 4-ма концентраторами, причому можна зробити "активними" тільки 3 сегменти ("активність" означає наявність комп`ютерів, подключених до даного сегменту).
репітери
комп`ютери

NETS and OSs
Комунікаційні пристрої
Міст (bridge, фізичний та канальний рівні).
З`єднує дві ідентичні мережі незначними фізичними відмінностями на рівнях 1 і 2.
Міст 1 типу не обробляє пакети, а просто упаковує їх в стандарт суміжної мережі (інкапсуляція, іноді фрагментація). Ці мости використовуються для зв`язку двох однотипних мереж через деяку іншу.
Міст 2 типу читає вміст пакету, читає дані та керуючу інформацію і переупаковує її в стандарт суміжної мережі. Цей тип мостів використовується для з`єднання мереж, які використовують різні протоколи.
Мости можуть фільтрувати ті повідомлення, які ідуть до них в мережу.
міст 1
міст 1
міст 2
міст 1
міст 1

NETS and OSs
Комунікаційні пристрої
Комутатор (switch, канальний рівень)
Високошвидкісний багатопортовий мст. Не тільк перенаправляє кадри, але вивчає конфігурацію мережі. Можливість паралельноі обрбки кадрів, які надходять з різних портів. Схильні до широкосмугових штормів (зобов`язані пропускати далі широкосмуговий трафік). На вході и выході можуть бути відміння архітектури мереж (Token Ring | Ethernet).
ЦП
4
процесори портів
1
2
3
5
6

NETS and OSs
Пропускна здатність
загальна пропускна здатність локальноі мережі
5
10
15
20
К-сть
користувачів мережі
10 Мбіт/с
80 Мбіт/с
Розподілений Ethernet (10 Мбіт/с)
Комутований Ethernet (10 Мбіт/с)
Розподілений FastEthernet (100 Мбіт/с)

NETS and OSs
Властивості комутаторів
Розвантаження комутаторів
В випадку, якщо комутатор перевантажений, тобто змушений відкидати вхідні пакети, тому, що не справляється с трафіком, він може спробувати зменшити його.
Агресивна поведінка (сам комутатор засмічує мережу, поподаючи в свої порти кадри, чтоб на деякий час передачі не було вхідної інформациії)
Метод зворотнього тиску (комутатор посилає в відповідь на кожен кадр один свій фіктивний, займаючи серидовище передачі).
Без комутаторів неможлива сумісна робота мережу з пристороями 100 та 1000Мбіт/сек. на швидкості 1000Мбіт/сек.
комутатор
100Мбіт/сек
10Мбіт/с
Комп`ютери

NETS and OSs
Робота комутатора
Таблиця відповідності MAC адрес та номерів портів
MAC 1 == порт 1
MAC 2 == порт 2
MAC 3 == порт 1
MAC 4 == порт 3
Дана таблиця формується при надходженні кадрів на різніе порти комутатора. При надходженні кадра на один з портів комутатор читає МАС адресу відправника і заносить її в таблицю.
Якщо МАС адреса отримувача відома комутатору, він перенаправляє кадр в відповідний порт, якщо ні - в усі порти крім того, з якого прийшов кадр.

NETS and OSs
Логічні петлі
Логічні петлі при роботі комутаторів
А
B
1
2
3
Широксмугові шторми
Коммтатори схильні до створення широкосмугових штормів, оскільки зобов`язані перенаправляти широкосмугові (для всіх станцій мережі) кадри в усе порти крім вхідного. Розсилаючи широкосмугові запиты і вимагаючи відповіді одна станція може завантажити зв`язку комутаторів.

NETS and OSs
Spanning Tree Algorithm
Spanning Tree Algorithm (алгоритм охоплюючого дерева)
Створений для попередження появли логічних петель.
Кажному комутатору адміністратор приписує унікальний номер (наприклад, приоритет + MAC адреса у випадку моста), чим меньший номер, тем головніший комутатор.
На початку роботы всі комутатори надсилають в мережу BPDU (Bridge Protocol Data Unit) пакети, в яких, в якості кореневого комутатора вказують свою адресу та ідентифікатор. Якщо який-небудь комутатор отримав пакет з меньшим за свій ID, то він начинає надсилати всім цей отриманий ID. Таким чином, всі дізнаються про корінь, який і буде розсилати пакеты BPDU.
Для визначення структури дерева в пакети включаеться інформація про вартості свого каналу. Кореневим портом кожного комутатора призначається той, на який приходить BPDU пакет з мінімальною ціною. Всі інші порти надалі не реагують на BPDU пакети. Якщо довго немає BPDU, то комутатор знову переходить в стан навчання.