Пакетные технологии в телекоммуникациях (компьютерные сети)

Герасимов

Литература:

Основа - лекции

Олифер «Компьютерные сети»: со стороны ПО, слабо по связи, пространно.

Убайдулаев «Оптоволоконные сети»

Таненбаум «Компьютерные сети»

Типы компьютерных сетей:

1. LAN-LocalAreaNetwork(локальные сети или ЛВС): сети на небольших территориях – сотни метров. Сеть ограничена группой зданий, прокладываются специальные кабели – используется вся ПП пропускания кабеля -> большие скорости дешево.

2. MAN–MetropolitanAreaNetwork(городские, муниципальные сети - сеть на территории крупного города): кабель дорого и в этой ситуации для передачи исп готовые линии связи. Территория больше, но скорости за ту же стоимость меньше.

3. WAN–WideAreaNetworks(глобальные сети на территории регионов, стран, континентов, планеты) Протяженность в тысячи километров. Скорости существенно меньше.

4. GAN – Global Area Networks

Структуры (топологии) сетей

1. Полносвязная:

Достоинства:

• надежность,

• пропускная способность,

• производительности

Недостатки:

• Громоздкость,

• Дороговизна,

• Быстрое усложнение сети с увеличением количества узлов (исп там, где мало узлов, магистральных)

2. Общая шина:

Достоинства:

• Простота,

• Дешевизна,

Недостаток:

• Низкая надежность (разрыв любой точки выводит сеть из строя)

3. Кольцо:

Достоинства:

• Надежнее общей шины,

Недостатки:

• Сложнее и дороже общей шины

4. Звезда:

Достоинства:

• Надежность (нарушение 1й связи не рушит сеть)

• Появляется возможность контролировать сеть через центральный элемент (концентратор, хаб)

5. Смешанная структура, топология :

Подключение станции к сети осуществляется с помощью сетевых адаптеров, которые обеспечивают передачу информации (сигнала в сеть) и приема информации (сигнала) из сети.

Адресация компьютеров:

При передаче информации от ЭВМ к ЭВМ должен быть указан адрес.

Типы Адресов:

1. Аппаратные (локальные) адреса (MAC): аппаратный адрес – адрес сетевого адаптера, который устанавливается производителем.

2. Символьные адресы: символьные адреса используют люди для удобства (набор букв)

3. Числовой адрес: символьные адреса службой DNS(DomainNameSystem) транслируются в числовые, необходимые ЭВМ.

Сети обмениваются кадрами – блоками данных, которые имеют структуру:

Заголовок: Поле Данных (информация) Окончание

Адреса назначения Проверочная последовательность

Отправления (перезапрос в случае ошибки) Для обнаружения ошибок в поле

Данных

Методы обнаружения ошибок

Производятся определенные вычисления на поле данных. В CRCэто деление. Получается остаток, который можно использовать как контрольную величину. Если на приемной и передающем конце остаток сходится -> нет ошибки.

Для обнаружения ошибок в кадрах передается специальная контрольная последовательность битов, которая называется контрольной последовательностью кадра (FrameCheckSequence), которая формируется на основе информационного поля, которое в свою очередь обрабатывается определенным образом. При использовании методаCRC, поле данных делится на определенное двоичное число и полученный остаток используется в качестве проверочной последовательности кадра. Т.Е.FCSполучается путем проведения определенных вычислительных операций над полем данных.

CRC–CyclingRedundancyCheck(проверка циклической избыточности или проверка с помощью циклического избыточного кода (передачи служебных байт)). Для формирования проверочной последовательности по методуCRCиспользуются скремблеры.

Скремблер (досл перемешиватель) - регистр с обратными связями, регистр сдвига.

Общетеоретически уменьшаются статистические свойств сигнала.

На приеме ставится дескремблер, который восстанавливает исходную последовательность.

Пример:

П

При подаче инфрмационного поля на вход скремблера мы в результате получим в разрядах регистра остаток от деления информационного поля формально на полином, в данном случае остаток от деления на число 321. Этот полином определяется скремблером. Полиномы есть в спец таблицах. И этот остаток мы используем для проверки. На приеме делаем то же самое, получая тот же остаток, если нет ошибок.

Дескремблер используется для восстановления исходного потока данных при перемешивании его с помощью скремблера. Имеет такую же, как и скремблер структуру. Отличается только тем, что у него вход и выход меняются местами.

Восстановление поврежденных кадров (с ошибками)

Восстановление поврежденных кадров осуществляется путем перезапроса передающей станции, т.е. посылается запрос на повторную передачу кадра.

25.02.2013

Передача с установлением соединения и без установления соединения.

При передаче без установления соединенияникаких предварительных действий перед передачей пакетов в сеть не совершается. То есть пакет просто передается в сеть. Считается что сеть готова принять и передать (аналог письмо в ящик). Такой способ называетсяDatagram’ным. Такой способ используется в сети интернет. Пакет как правило передается, но без гарантий.

Передача пакетов с установлением соединения:в этом случае сначала передается специальный пакет с запросом на установление соединения, в котором могут указываться определенные параметры желательные для абонента. Этот пакет поступает в сеть и сеть его передает к станции назначения. Причем промежуточные коммутаторы отмечают маршрут прохождения пакета и фиксируют этот маршрут. После того как этот пакет с запросом дойдет до станции назначения, то станция, получив пакет с запросом на установление соединения принимает и смотрит, может ли она установить соединение, или она перегружена. Если станция назначения готова установить соединение с вызывающей станцией, она отправляет в ответ пакет с согласием на установление соединения. После того, как вызывающая станция получила положительный ответ на соединение, соединение считается установленным и станции могут обмениваться информацией.

В этом случае сеть предоставляет определенные гарантии по доставке пакетов. В частности, пропускную способность. Будущие системы связи – системы с пакетной передачей информации. Современные системы – в основном, системы с коммутацией каналов (удобно с точки зрения абонента, невыгодно с точки зрения системы (КПД около 35%)). Основная задача сегодня в области коммуникаций – создание универсальных мультисервисных сетей с передачей пакетов. К примеру LTEсети на основеIPпротоколов.

Локальные сети (LAN)

Сети Ethernet

Сеть Ethernetстроится на основе общей шины, в качестве которой (классически) используется коаксиальный кабель.

У станции 1 имеется сетевая карта с трансивером

Передатчик и приемник подключаются к сети двумя проводами, тк цепь замкнута. Земля не используется.

В качестве кабеля может использоваться толстый коаксиальный кабель диам 1\2 дюйма около 10мм, либо тонкий 1\4 дюйма около 5.6мм

В качестве линейного сигнала используется манчестерский код. Это фактически абсолютно биимпульсный сигнал (каждый бит передается 2мя импульсами)

1 -> 01

0 -> 10

Можно передавать сигнал и биполярным сигналом но при большом количестве посылок появится постоянная составляющая, а с сетью мы соединены гальванической развязкой, где передача пост составляющей вредна.

Скорость передачи в сети 10Мбит\с, линейная скорость (реальная скорость в линии) в два раза больше (тк кодируем 2мя символами). Имеем 100% избыточность. По сути кодируем фронтом 1 – передний фронт, 0 – задний.

Если модуляции нет, то сигнал в сети передается в той же полосе частот, что и исходный сигнал. Такой сигнал называется baseband

Пример кодировки:

10 base5 – толстый коаксиал

10 base2 – тонкий коаксиал.

Метод доступа к среде передачи (по сути метод доступа к сети)

Метод доступа к сети определяет, когда станция имеет право передавать свои кадры.

Прежде чем передать кадры в сеть, станция должна проверить, свободна ли сеть. То есть, что нет передачи от других станций. Это делается с помощью детектора сигналов, который сигнал принимает, выпрямляет, выделяет пост составляющую. Если эта величина больше пороговой – сигнал есть. Меньше – нет. Это детектор сигнала. Предположим, что станция решила передать сигнал, а сеть занята (по сети передаются кадры других станций) то станция должна дождаться окончания передачи кадра и выждать 9.6 (межкадровый интервал).

После того, как станция начала передачу кадра, остальные станции сети начинают принимать заголовок кадра и считывать адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с адресом данной станции, она прекращает прием кадра. Только та станция, чей адрес указан, принимает кадр.

Плюсы Ethernet: простота

Минус:

Возникновение и обработка коллизий

Если две станции одновременно проверят сеть и увидят, что она свободна (вероятность мала), то они одновременно начнут передавать свои кадры. В результате в одной полосе одновременно два сигнала, что приведет к их наложению. Это называется коллизией – столкновение двух сигналов. В этом случае сигналы не разделить. В этом случае обе станции должны прекратить передачу сигнала и передать специальную 32х байтную последовательность для усугубления коллизии и надежного ее распознания другой станцией. Затем выдерживая случайный интервал времени станции возобновляют свои попытки. Выдерживать случайный интервал времени они будут с помощью ГСЧ.

Частота коллизий зависит от нагрузки на сеть (от того, как часто станции хотят передавать свою информацию).

Также существуют коллизии из-за инерционности передачи сигнала в сети.

Для обнаружения коллизий передающей станцией передающая станция принимает свой собственный сигнал (приемник включен в ту же точку, что и передатчик). Если примет то, что передал – сигнал без искажений. Что-то другое – коллизия.

Время двойного оборота сигнала (PDV)

Это время прохождения сигнала из одного конца сети в другой и обратно. Нам нужна эта величина для обнаружения коллизий. Кадр не должен закончится раньше, чем сигнал от станции с другого конца сети пройдет в одну сторону и обратно. То есть общее время передачи кадра не должно быть меньше времени прохождения сигнала из одного конца сети в другой и обратно.

Формат кадра Ethernet:

1. Перед началом кадра передается преамбула длиной 7 байт, каждый из которых 10101010

2. Дальше идет начальный ограничитель кадра: StartofFrameDelimiter(SFD) – 1байт . Отличается от преамбулы 1 битом.

10101011

SFD– признак начала кадра. Дальше пойдет заголовок.

3. Далее идет DestinationAdress– 2 или 6 байт (мак адреса)

4. Адрес источника SourceAdress– 2 или 6 байт

5. L–Lengthдлина поля данных – 2 байта

6. Data– поле данных (информационное поле) – от 46 до 1496 байт

Если поле данных менее 46 байт, то используется поле заполнения до 46 байт.

3. FrameCheckSequence(FSC) – проверочная последовательность кадра со способом проверки СRC– 32 : 4байта.

Максимальная длина толстого коаксиала – 500м. Общее количество станций – до 100.

Максимальная длина тонкого коаксиала – 185м. Общее количество станций – до 30.

Длина сети может быть увеличена с помощью повторителей. В качестве повторителей могут быть использованы приемо-передатчики, которые обеспечивают прием и восстановление сигнала.

Повторитель.

Максимальное количество повторителей – 4. Максимальное количество сегментов кабеля – 5. Длина сети с толстым 2.5 км, тонким – 925м при том же количестве станций.