1.3. Протоколы и стандарты

(см. также Глава 4, раздел 4.3 - Интернет, модель OSI, сетевые ресурсы )

Поведение функциональных блоков сети при передаче данных определяется протоколами, унификация которых по линии ISO (International Standards Organization) проведена в рамках базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем (OSI – Open System Interconnection).

OSI включает семь уровней:

7-й – прикладной (application), на котором определяются и оформляются в блоки передаваемые по сети данные. Например, средства для взаимодействия прикладных программ приема и хранения пакетов в «почтовых ящиках» (mail-box);

6-й – представительный (presentation) для представления данных кодированием, форматированием, серуктурированием. Например данные преобразуются из кода ЕВСDIC (Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code – расширенный двоично-десятичный код (восьмибитовый), используемый фирмой IBM) в ASCII (American Standard Code for Information Interchange – американский стандартный код для информационного обмена). Существуют и другие коды, например, UNICODE - универсальный код (16-ти битовый) для стандартизации языковых форматов).

5-й - сеансовый (session) – организация и синхронизация диалога станций сети. Определяется тип связи – дуплекс, полудуплекс, начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами партнеров.

4-й – транспортный (transport) – связь оконечных пунктов через мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и исправление ошибок в передаче, услуги заказа, например скорости и надежности передачи.

3-й - сетевой (network) – формирование пакетов по правилам сетей, их маршрутизация – образование логических (виртуальных) каналов, контроль нагрузки на сеть для исключения перегрузок.

2-й – канальный (link) – формирует и передает кадры (кадр – пакет канального уровня, так как на предыдущих уровнях пакет может быть из многих кадров), обнаруживает и исправляет ошибки физического уровня. MAC – Medium Access Control, LLC – Logical Link Control.

1-й – физический (physical) – механические, электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения логических соединений между логическими объектами канального уровня. Осуществляет представление информации электрическими, оптическими сигналами, преобразования их формы, выбор параметров физических сред передачи данных.

1.4. Физическая среда передачи данных лвс Ethernet

Физическая среда передачи данных локальной сети Ethernet – это физические линии передачи данных, для сети Ethernet - это кабели: коаксиальный спецификации или стандартов 10Base-2 и 10Base-5; неэкранированная витая пара стандарта 10Base-Т ; волоконно-оптический стандарта 10Base-F.

Наиболее употребительные стандарты на кабели:

• Американский EIA/TIA-568A,

• Международный ISO/IEC 11801,

• Европейский EN50173.

Наличие стандартов позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных устройств (шнура от рабочей станции до розетки, розетки, жесткого кроссового соединения и шнура до концентратора…) разных производителей.

Наиболее важные характеристики кабелей, оговоренные в стандартах:

• Затухание (Attenuation) A = 10 lgP_вых/P_вх дБ (децибел, decibel - dB). Так для кабеля на витой паре категории 5 затухание не ниже -23.56 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м. Для кабеля категории 3 затухание не ниже ­11.5 дБ на частоте 10 МГц.

• Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) – электромагнитное поле выхода передатчика по одной паре проводов наводит на другую пару (другие пары) проводников сигнал помехи. Для кабеля на витой паре категории 5 показатель NEXT , равный 10 lgP_вых/P_нав дБ, должен быть ниже -27 дБ на частоте 100 МГц. Сейчас применяют показатель PowerSum как суммарная мощность перекрестных наводок от всех пар в кабеле. Для одинарного и двойного коаксиала и оптоволокна NEXT не имеет смысла.

• Импеданс (волновое сопротивление)- полное (активное и реактивное) сопротивление в электрической сети, например, в коаксиалах Ethernet 50 ом, в неэкранированной витой паре – 100 и 120 ом.

• Активное сопротивление - не зависит от частоты и растет с длиной кабеля.

• Емкость (паразитная) – из-за диэлектрика между электрическими проводниками в кабеле получается конденсатор, накопление заряда на котором искажает сигнал и снижает полосу пропускания линии.

• Уровень внешнего электромагнитного излучения, электрический шум (в милливольтах) – переменное напряжение в проводнике от линий электропередач, телефонов и ламп дневного света (до 150 кГц), компьютеры, принтеры, ксероксы (от 150 кГц до 20 МГц), теле- и радиопередатчики, микроволновые печи (до 1 ГГц) – это источники фонового шума, а моторы, переключатели и сварочные агрегаты - источники импульсного шума.

• Диаметр или площадь поперечного сечения проводника, например, в Американской системе для медных проводников типы 22 AWG –American Wire Gauge, 24 AWG, 26 AWG. Чем меньше номер, тем больше диаметр.

Кроме электромагнитных есть еще механические и конструктивные характеристики, определяющее тип изоляции, конструкцию разъема и т.п., шаг скрутки проводов для витой пары и др.

Сейчас наибольшее внимание (и в стандартах, и на практике) уделяется витой паре и оптоволокну.

Ethernet - технология и стандарт локальных сетей. Их сейчас более 5 млн, а компьютеров с сетевыми адаптерами Ethernet - более 50 млн. Исторически эта технология идет от простой Алохи (от Aloha- приветствие по-гавайски, созвучно с америк. Hallow) - радиосети Гавайского университета, где используется коллективный доступ к среде передачи данных, называемый CSMA/CD - carrier-sense-multiply-access with collision detection - множественный доступ с опознаванием (прослушиванием) несущей и обнаружением коллизий, столкновений (МДПН/ОС). Передача данных при CSMA/CD идет манчестерским кодом, исключающим постоянную составляющую от передаваемых двоичных сигналов.

Коллизии (collision) - при совпадении во времени передач от разных станций по общей линии связи - кабелю возникает коллизия сигналов (наложение, столкновение), их искажение, вызывающее появление постоянного напряжения в канале, в том числе и при передаче манчестерским кодом. В приемнике это вызовет нарушение контроля правильности передачи кадров, например по четности свертки двоичного кода кадра. При обнаружении коллизии через время двойного пробега сигнала по общей линии-шине передатчик станции может повторить передачу, но уже через случайно выбранный промежуток времени, чтобы вероятнее исключить повторное столкновение с передачей другой станции, участвовавшей в колизии. Станция, обнаружившая коллизию, прекращает передачу и посылает в сеть 32 бита - jam-последовательность. Для надежного распознавания коллизий выполняется соотношение T_min=PDV - Path Delay Value -время двойного пробега.