1. Сети Ethernet.

Структура сети (способ соединения станций).

Типы используемых линий (кабелей).

Скорость передачи данных. Линейный код.

Длина сети. Максим. количество станций. Метод доступа.

Передача кадра по сети.

Локальные сети (LAN)

Сети Ethernet

Сеть Ethernet строится 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 base 5 – толстый коаксиал

10 base 2 – тонкий коаксиал.

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.

2. Метод доступа к среде передачи в сети Ethernet.

Передача кадра по сети. Возникновение коллизий. Обработка коллизий. Реальная производительность сети.

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.

В идеале ограничением скорости передачи в сети является потолок скорости в сети. Это идеальная ситуация. При маленькой нагрузке действительно так и происходит. Но с увеличением нагрузки происходит увеличение количества коллизий. В результате с нагрузки 18-20% пропускная способность сети начинает снижаться по сравнению с идеальной. При нагрузке 50% пропускная способность 35% далее пропускная способность будет еще снижаться. Сеть Ethernet эффективно работает при нагрузке до 20%. Далее возрастает вероятность коллизии, что приводит к снижению производительности сети и задержкам при передаче кадров.

3. Формат кадра Ethernet. Обнаружение ошибок.

Исправление ошибок.

Формат кадра Ethernet:

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

2. Дальше идет начальный ограничитель кадра: Start of Frame Delimiter (SFD) – 1байт . Отличается от преамбулы 1 битом.

10101011

SFD – признак начала кадра. Дальше пойдет заголовок.

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

4. Адрес источника Source Adress – 2 или 6 байт

5. L – Length длина 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. Frame Check Sequence (FSC) – проверочная последовательность кадра со способом проверки СRC – 32 : 4байта.

Методы обнаружения ошибок

Производятся определенные вычисления на поле данных. В CRC это 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 (Frame Check Sequence), которая формируется на основе информационного поля, которое в свою очередь обрабатывается определенным образом. При использовании метода CRC, поле данных делится на определенное двоичное число и полученный остаток используется в качестве проверочной последовательности кадра. Т.Е. FCS получается путем проведения определенных вычислительных операций над полем данных.

CRC – Cycling Redundancy Check (проверка циклической избыточности или проверка с помощью циклического избыточного кода (передачи служебных байт)). Для формирования проверочной последовательности по методу CRC используются 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.