1.1 Цифровые и аналоговые системы передачи. Отличительные особенности построения.
Сигналы могут передаваться в аналоговой и цифровой форме. Для аналоговой передачи информации сигнал меняется непрерывным образом. Цифровая информация - набор дискретных значений. Человеческая речь - аналоговый сигнал. У речи изменяется как частота (верхние и нижние тона), так и амплитуда (шёпот и крик).
На первый взгляд лучшим способом передачи аналоговой информации (речи) является использование аналоговых сигналов. Аналоговая информация - это непрерывная информация и, если она будет представлена в цифровом виде, то часть информации будет ошибочна. Все сигналы, как аналоговые, так и цифровые, искажаются при передаче на большие расстояния. Для аналоговых сигналов единственным решением таких проблем является увеличение амплитуды сигнала. Однако при таком решении увеличивается и амплитуда искажений. При передаче цифровых сигналов может применяться метод восстановления, который позволяет воссоздать сигнал без искажений. Цифровые сигналы обеспечивают лучшее качество для передачи аналоговой информации, чем аналоговые сигналы.
Преимущества цифровых систем передачи перед аналоговыми:
высокая помехоустойчивость (регенерационные пункты восстанавливают уровни 0, 1 и синхронизацию).
слабая зависимость качества передачи от длины линии связи (уменьшая расстояния между регенерационными пунктами, получаем сигнал лучшего качества, искажения меньше).
Стабильность параметров канала (ЦС меньше подвержена воздействию параметров канала).
Эффективность использования пропускной способности канала для передачи дискретных сигналов (Е1).
возможность построения цифровой сети связи.
1.2. Принцип работы коммутатора на примере оборудования d- Link. Таблица коммутации. Пропускная способность коммутатора.
Коммутаторы – это устройства канального уровня, которые позволяют соединить несколько физических сегментов локальной сети в одну большую сеть. Коммутация локальных сетей обеспечивает взаимодействие сетевых устройств по выделенной линии без возникновения коллизий, с параллельной передачей нескольких потоков данных.
Коммутаторы локальных сетей обрабатывают кадры на основе алгоритма прозрачного моста (transparent bridge) IEEE 802.1, который применяется в основном в сетях Ethernet. При включении питания коммутатор начинает изучать расположение рабочих станций всех присоединенных к нему сетей путем анализа МАС-адресов источников входящих кадров. Например, если на порт 1 коммутатора поступает кадр от узла 1, то он запоминает номер порта, на который этот кадр пришел и добавляет эту информацию в таблицу коммутации (forwarding database). Адреса изучаются динамически. Это означает, что, как только будет прочитан новый адрес, то он сразу будет занесен в контентно-адресуемую память (content-addressable memory, CAM). Каждый раз, при занесении адреса в таблицу коммутации, ему присваивается временной штамп. Это позволяет хранить адреса в таблице в течение определенного времени. Каждый раз, когда идет обращение по этому адресу, он получает новый временной штамп. Адреса, по которым не обращались долгое время, из таблицы удаляются.
Коммутатор использует таблицу коммутации для пересылки трафика. Когда на один из его портов поступает пакет данных, он извлекает из него информацию о МАС-адресе приемника и ищет этот МАС-адрес в своей таблице коммутации. Если в таблице есть запись, ассоциирующая МАС-адрес приемника с одним из портов коммутатора, за исключением того, на который поступил кадр, то кадр пересылается через этот порт. Если такой ассоциации нет, кадр передается через все порты, за исключением того, на который он поступил. Это называется лавинным распространением (flooding).
Широковещательная и многоадресная рассылка выполняется также путем лавинного распространения. С этим связана одна из проблем, ограничивающая применение коммутаторов. Наличие коммутаторов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность. В случае если в результате каких-либо программных или аппаратных сбоев протокол верхнего уровня или сам сетевой адаптер начнет работать не правильно, и будет постоянно генерировать широковещательные кадры, коммутатор в этом случае будет передавать кадры во все сегменты, затапливая сеть ошибочным трафиком. Такая ситуация называется широковещательным штормом (broadcast storm). Коммутаторы надежно изолируют межсегментный трафик, уменьшая таким образом трафик отдельных сегментов. Этот процесс называется фильтрацией (filtering) и выполняется в случаях, когда МАС-адреса
источника и приемника принадлежат одному сегменту. Обычно фильтрация повышает скорость отклика сети, ощущаемую пользователем.
Коммутаторы локальных сетей поддерживают два режима работы: полудуплексный режим и дуплексный режим.
Полудуплексный режим - это режим, при котором, только одно устройство может передавать данные в любой момент времени в одном домене коллизий(Доменом коллизий (collision domain) называется часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию).
Дуплексный режим – это режим работы, который обеспечивает одновременную двухстороннюю передачу данных между станцией-отправителем и станцией-получателем на МАС - подуровне. При работе в дуплексном режиме, между сетевыми устройствами повышается количество передаваемой информации. Это связано с тем, что дуплексная передача не вызывает в среде передачи коллизий, не требует составления расписания
повторных передач и добавления битов расширения в конец коротких кадров. В результате не только увеличивается время, доступное для передачи данных, но и удваивается полезная полоса пропускания канала, поскольку каждый канал обеспечивает полноскоростную одновременную двустороннюю передачу (дуплексный режим работы поддерживают коммутаторы и практически все современные адаптеры. Концентраторы не поддерживают работу в этом режиме).
Пропускная способность коммутатора измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах или гигабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты. Так как коммутатор работает на канальном уровне, для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня – Ethernet, Fast Ethernet и т.д. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, а время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше. Поэтому коммутатор может быть блокирующим для кадров минимальной длины, но при этом иметь очень хорошие показатели пропускной способности.
Размер адресной таблицы. Максимальная емкость адресной таблицы определяет предельное количество MAC-адресов, с которыми может одновременно оперировать коммутатор. В таблице коммутации для каждого порта хранятся только те наборы адресов, с которыми он работал в последнее время. Значение максимального числа МАС - адресов, которое может храниться в таблице коммутации, зависит от области применения
коммутатора, измеряется в тысячах записей, например 4К – 4 тысячи адресов. Коммутаторы D-Link для рабочих групп и малых офисов обычно поддерживают таблицу МАС адресов емкостью от 4К до 8К. Коммутаторы крупных рабочих групп поддерживают таблицу МАС адресов емкостью от 8К до 16К, а коммутаторы магистралей сетей – как правило, от 16К до 32 К адресов и более. Недостаточная емкость адресной таблицы может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если адресная таблица коммутации полностью заполнена, а порт встречает
новый адрес источника в поступившем пакете, коммутатор должен вытеснить из таблицы какой-либо старый адрес и поместить на его место новый. Эта операция сама по себе отнимет часть времени, но главные потери производительности будут наблюдаться при поступлении кадра с адресом назначения, который пришлось удалить из адресной таблицы.