Читайте также:
|
В отличие от других уровней прикладной уровень — самый близкий к пользователю уровень OSI — не предоставляет услуги другим уровням OSI, однако он обеспечивает прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI.
Прикладной уровень обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя (СУБД, текстовых процессоров, программ банковских терминалов и т.д.) и управление взаимодействием этих программ с сетью передачи данных:
Модель OSI не является реализацией, она лишь предлагает порядок организации взаимодействия между компонентами системы. Реализациями этих правил являются стеки протоколов.
Стек TCP/IP
Стек TCP/IP, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных стеков коммуникационных протоколов. Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является основным в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.
Бодова скорость - число изменений дискретного сигнала в единицу времени
Бодовая скорость определяет максимальное число изменений в электрическом состоянии сигнала в секунду. Например, для коммуникационного протокола V.21, 300 бод соответствуют 300 бит/c, однако при работе на протоколе V.22bis битовая скорость передачи выше, чем бодовая, из-за того, что одно изменение состояния сигнала может представлять более одного бита данных. Например, 2400 бит/c соответствует бодовой скорости 600 бод, потому за 1 изменение состояния сигнала в данном случае передаются уже 4 бита информации.
| Владимир Александрович Котельников (1908 - 2005) |
Теорема Котельникова
фундаментальная теорема показывает, что, если рассматриваемый сигнал ограничен некоторой частотой F сверху, то он может быть дискретизирован, то есть представлен дискретными измерениями с шагом во времени 2/F (полупериод граничной частоты), при этом дискретные измерения через 2/F несут без потерь всю информацию о сигнале.
C=2Flog2M
Методы кодирования
Каждый бит кодового слова передается или записывается с помощью дискретных сигналов, например, импульсов. Способ представления исходного кода определенными сигналами определяется форматомкода. Известно большое количество форматов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки ипредназначен для использования в определенной аппаратуре.
Потенциальное кодирование, также называется кодированием без возвращения к нулю (NRZ). При передаченуля он передает потенциал, который был установлен на предыдущем такте (то есть не меняет его), а припередаче единицы потенциал инвертируется на противоположный. Этот код называется потенциальнымкодом с инверсией при единице (NRZI).
2У
NRZ
Потенциальный код NRZ (перевёрнутый)
Для передачи единиц и нулей используются два устойчиво различаемых потенциала: NRZ:
· биты 0 представляются нулевым напряжением 0 (В);
· биты 1 представляются значением U (В).
NRZ (перевёрнутый):
· биты 0 представляются значением U (В);
· биты 1 представляются нулевым напряжением 0 (В).
· Достоинства метода NRZ:
· — Простота реализации.
· — Метод обладает хорошей распознаваемостью ошибок (благодаря наличию двух резко отличающихсяпотенциалов).
· — Основная гармоника f0 имеет достаточно низкую частоту (равную N/2 Гц, где N — битовая скоростьпередачи дискретных данных [бит/с]), что приводит к узкому спектру.
· Недостатки метода NRZ:
· — Метод не обладает свойством самосинхронизации. Даже при наличии высокоточного тактового генератораприёмник может ошибиться с выбором момента съёма данных, так как частоты двух генераторов никогда небывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинныхпоследовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовых частот может привести кошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения бита.
· — Вторым серьёзным недостатком метода, является наличие низкочастотной составляющей, котораяприближается к постоянному сигналу при передаче длинных последовательностей единиц и нулей. Из-заэтого многие линии связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приёмником иисточником, этот вид кодирования не поддерживают. Поэтому в сетях код NRZ в основном используется ввиде различных его модификаций, в которых устранены как плохая самосинхронизация кода, так и проблемыпостоянной составляющей.
NRZI
Потенциальный код NRZI
При передаче последовательности единиц, сигнал, в отличие от других методов кодирования, невозвращается к нулю в течение такта. То есть смена сигнала происходит при передаче единицы, а передача нуля не приводит к изменению напряжения.
Манчестерское кодирование
Манчестерское кодирование
При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадамипотенциала в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль — обратным перепадом (по стандарту IEEE 802.3, хотя по Д.Е. Томасу кодирование происходитнаоборот). В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представитьнесколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется по крайней мере один раз за такт передачиодного бита данных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Уманчестерского кода нет постоянной составляющей (меняется каждый такт), а основная гармоника в худшемслучае (при передаче последовательности единиц или нулей) имеет частоту N Гц, а в лучшем случае (припередаче чередующихся единиц и нулей) — N/2 Гц, как и у NRZ. В среднем ширина спектра приманчестерском кодировании в два раза шире чем при NRZ кодировании.
Дифференциальное манчестерское кодирование 
Дифференциальное манчестерскоекодирование
При дифференциальном манчестерском кодировании в течение битового интервала (времени передачиодного бита) уровень сигнала может меняться дважды. Обязательно происходит изменение уровня всередине интервала, этот перепад используется для синхронизации. Получается, что при передаче нуля вначале битового интервала происходит перепад уровней, а при передаче единицы такой перепадотсутствует.
3У
Биполярный код AMI
Биполярный код AMI
AMI-код использует следующие представления битов:
· биты 0 представляются нулевым напряжением (0 В);
· биты 1 представляются поочерёдно значениями -U или +U (В).
AMI-код обладает хорошими синхронизирующими свойствами при передаче серий единиц и сравнительнопрост в реализации. Недостатком кода является ограничение на плотность нулей в потоке данных, посколькудлинные последовательности нулей ведут к потере синхронизации. Используется в телефонии уровняпередачи данных, когда используются потоки мультиплексирования.
MLT-3
MLT-3 Multi Level Transmission — 3 (многоуровневая передача) — метод кодирования, использующий триуровня сигнала. Метод основывается на циклическом переключении уровней -U, 0, +U. Единицесоответствует переход с одного уровня сигнала на следующий. Так же как и в методе NRZI при передаче «нуля» сигнал не меняется. В случае наиболее частого переключения уровней (длиннаяпоследовательность единиц) для завершения цикла необходимо четыре перехода. Это позволяет вчетвероснизить частоту несущей относительно тактовой частоты, что делает MLT-3 удобным методом прииспользовании медных проводов в качестве среды передачи. Метод разработан Cisco Systems дляиспользования в сетях FDDI на основе медных проводов, известных как CDDI. Также используется в FastEthernet 100BASE-TX.
4У
Потенциальный код 2B1Q
Потенциальный код 2B1Q
Код 2B1Q передает пару бит за один битовый интервал. Каждой возможной паре в соответствие ставитсясвой уровень из четырех возможных уровней потенциала. Паре
00 соответствует потенциал −2.5 В,
01 соответствует −0.833 В,
11 — +0.833 В,
10 — +2.5 В.
Достоинство метода 2B1Q: Сигнальная скорость у этого метода в два раза ниже, чем у кодов NRZ и AMI, аспектр сигнала в два раза уже. Следовательно, с помощью 2B1Q-кода можно по одной и той же линиипередавать данные в два раза быстрее.
Недостаток метода 2B1Q: Реализация этого метода требует более мощного передатчика и более сложногоприемника, который должен различать четыре уровня.
PAM5
Импульсно-амплитудной модуляцией (pam), является формой сигнала модуляции, где информация кодируется сообщение амплитуды серии импульсов сигнала. Он является аналогом импульсной модуляции схема, в которой амплитуды поезда перевозчика импульсов изменяются в зависимости от величины отсчета сигнала сообщения. Демодуляция производится путем определения амплитуды на уровне перевозчика на каждый символ периода.
Логическое кодирование
· Логическое кодирование употребляется для совершенствования потенциальных кодов на подобии:
· Потенциальный код с инверсией при единице NRZI;
· Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией AMI;
· Потенциальный код 2B1Q.
Логическое кодирование используется для уменьшения длинных последовательностей одинаковых бит, приводящие к неизменному потенциалу, вставками бинарных единиц.
Для логического кодирования разработаны два основных способа уменьшения длинных последовательностей одинаковых бит:
· избыточные коды;
· скремблирование.
•Избыточные коды
Избыточные коды базируются на разделение начальной последовательности бит на порции, которые нередко именуют символами. После чего, исходный символ подменяют на новый, содержащий наибольшее количество бит нежели исходный.
В свою очередь логический код 4В/5В, применяющийся в технологиях локальных сетей: FDDI и FastEthernet, заменяет подряд идущие 4 бита исходной последовательности на 5 бит. Из-за чего размер передаваемых данных увеличивается. В результате, вместо 16 битовых комбинаций, получаем 32 битовых комбинации, в которых можно выбрать такие комбинации бит, которые будут содержать наименьшее количество подряд идущих одинаковых последовательностей бит. А оставшиеся 16 комбинаций пометить как запрещенные, что придает избыточному коду свойство распознавать искаженные биты. Если поступила запрещенная комбинация - сигнал исказился.
Таблица - Соответствие исходных и результирующих кодов 4В/5В
Код 4В/5В затем передается по линии с помощью физического кодирования по одному из методов потенциального кодирования, чувствительному только к длинным последовательностям нулей. Символы кода 4В/5В длиной 5 бит гарантируют, что при любом их сочетании на линии не могут встретиться более трех нулей подряд.
Использование таблицы перекодировки является очень простой операцией, поэтому этот подход не усложняет сетевые адаптеры и интерфейсные блоки коммутаторов и маршрутизаторов.
Технология Ethernet
Ethernet (от англ. ether “эфир”) - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, и Token ring
В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.
Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:
Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.
· Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.
Существует несколько форматов Ethernet-кадра.
Первоначальный Version I (больше не применяется).
Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.
Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II
Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.
В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.
10 Мбит/с Ethernet
10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также “Толстый Ethernet”) — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.
10BASE2, IEEE 802.3a (называемый “Тонкий Ethernet”) — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.
FOIRL — (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.
10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптический кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.
10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.
10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.
10BASE-FP (Fiber Passive) — Топология “пассивная звезда”, в которой не нужны повторители — никогда не применялся.
Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)
100BASE-T — общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
100BASE-TX, IEEE 802.3u — развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии “звезда”. Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.
100BASE-T4 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.
100BASE-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с. Практически не используется.
100BASE-FX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе.
100BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.
100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодове волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны, передатчик на 1310 нм, а с другой — на 1550 нм.
Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)
1000BASE-T, IEEE 802.3ab — стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров
1000BASE-TX был создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) и опубликован в марте 2001 года как “Спецификация физического уровня дуплексного Ethernet 1000 Мб/с (1000BASE-TX) симметричных кабельных систем категории 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)” (англ. “A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbit/s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001)”). Стандарт, использует раздельную приёма-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. На основе данного стандарта создано большое количество продуктов для промышленных сетей.
1000BASE-X — общий термин для обозначения стандартов со сменными приёмопередатчиками GBIC или SFP.
1000BASE-SX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.
1000BASE-LX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет от 5[3] до 50 километров.
1000BASE-CX — стандарт для коротких расстояний (до 25 метров), использующий твин аксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом (каждый из двух волноводов). Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется.
1000BASE-LH (Long Haul) — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров[4].
10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с)
Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.
10GBASE-CX4 — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.
10GBASE-SR — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.
10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.
10GBASE-KR
Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа — HARTING RJ Industrial 10G[5][6].
40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet
Спецификации физической среды Ethernet
Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.
•Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:
10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).
10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).
10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.
10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.
Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband - широкополосными).
•Различия в форматах кадров могут иногда приводить к несовместимости аппаратуры, рассчитанной на работу только с одним стандартом, хотя большинство сетевых адаптеров, мостов и маршрутизаторов умеет работать со всеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet.
•Ниже приводится описание всех четырех модификаций заголовков кадров Ethernet (причем под заголовком кадра понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню):
Заголовок кадра 802.3/LLC является результатом объединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах 802.3 и 802.2.
• с увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например, Fast Ethernet, максимальная длина сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet она составляет 210 м, а в гигабитном Ethernet ограничена 25 метрами.
• Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:
Кроме того, каждый вариант физической среды добавляет к этим ограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.
Дата добавления: 2015-10-24; просмотров: 65 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Требования, предъявляемые к компьютерным сетям | | | ПОДІЇ РЕВОЛЮЦІЇ 1905-1907 pp. В УКРАЇНІ |