full

21. Передача информации. Квадратурно-амплитудная модуляция.

Разновидность амплитудной модуляции сигнала, которая представляет собой сумму двух несущих колебаний одной частоты, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90°, каждое из которых модулировано по амплитуде своим модулирующим сигналом. Квадратурной амплитудной манипуляцией называется манипуляция, при которой изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество информации, передаваемой одним состоянием (отсчётом) сигнала. QAM (Quadrature Amplityde Modulation) служит примером модуляции с большим числом бит в символах. Следовательно, можно получить и большее число состояний. Название 16-QAM означает 16 состояний на сигнальном созвездии, a 64-QAM означает 64 состояния. КАМ совмещает в себе амплитудную и фазовую модуляции. Выходные колебания образуются сложением модулированных сигналов квадратурных каналов, как и при фазовой манипуляции, однако обе несущие теперь модулированы и по амплитуде.

Обоснуйте вариант выбора технологий Token Ring или Ethernet 10Base 2 для сети касс продажи ЖД-билетов

Наиболее разумной технологией для сети касс продажи ЖДбилетов будет являться технология - Token Ring. Ethernet 10Base 2 в отличие от Token Ring будет идеальной для маленькой сети из двух-трех компьютеров, например дома, но не для сети большого предприятия, так как для подключения нового устройства к сети достаточно подключиться к кабелю ближайшего компьютера. Так же сети типа 10Base 2 сложно поддерживать, потому что из-за неполадок в любом сегменте приводят к полной нефункциональности сети целиком. Технология Token Ring — технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом». Эти сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Применяется как более дешёвая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надёжная доставка информации. Поэтому, Token Ring будет являться оптимальным выбором для организации сети касс продажи ЖД-билетов.

22. Основные функции модемов.

Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы компьютера в аналоговые и посылает их по телефонной линии (передающий модем модулирует (modulate) цифровой сигнал в аналоговый.)

Модем на принимающей стороне преобразует входящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера-получателя (принимающий модем демодулирует (demodulate) аналоговый сигнал обратно в цифровые сигналы.)

На каком уровне работают коммутаторы и каковы их возможности по фильтрации трафика.

Коммутаторы работают на канальном (втором) уровне моделе OSI.

Многие коммутаторы позволяют администраторам задавать дополнительные условия фильтрации кадров наряду со стандартными условиями их фильтрации в соответствии с информацией адресной таблицы. Пользовательские фильтры предназначены для создания дополнительных барьеров на пути кадров, которые ограничивают доступ определенных групп пользователей к определенным сервисам сети. Если коммутатор не поддерживает протоколы сетевого и транспортного уровней, в которых имеются поля, указывающие к какому сервису относятся передаваемые пакеты, то администратору приходится для задания условий интеллектуальной фильтрации определять поле, по значению которого нужно осуществлять фильтрацию, в виде пары "смещение-размер" относительно начала поля данных кадра канального уровня. Поэтому, например, для того, чтобы запретить некоторому пользователю печатать свои документы на определенном принт-сервере NetWare, администратору нужно знать положение поля "номер сокета" в пакете IPX и значение этого поля для принт-сервиса, а также знать МАС-адреса компьютера пользователя и принт-сервера. Обычно условия фильтрации записываются в виде булевских выражений, формируемых с помощью логических операций AND и OR. Наложение дополнительных условий фильтрации может снизить производительность коммутатора, так как вычисление булевских выражений требует проведения дополнительных вычислений процессорами портов. Кроме условий общего вида коммутаторы могут поддерживать специальные условия фильтрации. Одним из очень популярных видов специальных фильтров являются фильтры, создающие виртуальные сегменты. Они рассматриваются в разделе 4.3.7 отдельно в виду их особого значения. Специальным является и фильтр, используемый многими производителями для защиты сети, построенной на основе коммутаторов.

23. Детерменированные методы доступа к СПД

Метод доступа – это регламент и ли совокупность правил, по которым узлы будут иметь доступ к одному ресурсу.

При детерминированном методе доступа передающая среда распределяется между узлами с помощью специального управляющего механизма, гарантирующего передачу данных узла в течение достаточно малого интервала времени.

Наиболее известными детерминированными методами доступа в ЛВС являются:

– метод опроса;

– метод передачи права;

– метод кольцевых слотов.

Метод опроса (Polling) используется чаще всего (но необязательно) в звездообразных сетях, так как он базируется на наличии центрального узла сети. При этом методе узел сети получает к ней доступ по следующим правилам:

– все узлы сети могут осуществлять передачу информации только тогда, когда получат разрешение от центрального узла;

– центральный узел последовательно опрашивает каждый периферийный узел на наличие у него информации для передачи;

– если у опрашиваемого в данный момент узла есть информация для передачи, он извещает об этом центральный узел;

– в ответ на заявку передачи центральный узел предоставляет станции монопольное право на использование среды передачи. По завершении передачи центральный узел возобновляет опрос периферийных узлов.

Метод передачи права используется в сетях кольцевой топологии (IBM Token Ring Network), шинной топологии (ARCnet-Bus), звездообразной топологии (ARCnet-STAR). Этот метод основан на последовательной циркуляции в сети специального пакета, называемого маркером (Token), который регламентирует право передачи в сети. Маркер имеет два состояния: "свободно" и "занято" и циркулирует по кругу от узла к узлу. Поэтому сети, использующие такой метод доступа, даже если они не кольцевой топологии, называют логическими кольцами.

Метод передачи права состоит из следующих этапов.

1. Станция, желающая передавать данные, ожидает свободный маркер, при получении которого устанавливает признак его занятости и добавляет к маркеру пакет данных (максимальная длина 2 Кбайт), содержащий сетевые адреса получателя и отправителя, и отправляет такой кортеж (маркер + пакет) в сеть.

2.Маркер + пакет последовательно передаются от узла к узлу. Каждый узел осуществляет проверку адресов пакета. Кортеж, адресованный другому узлу, отправляется дальше.

3.Принимающий узел распознает адресованный ему пакет и, если он может, принимает его, устанавливает специальный бит подтверждения приема в маркере и отправляет кортеж отправителю по оставшемуся пути кольца.

4.После того, как отправитель получит свой кортеж обратно, он освобождает маркер и посылает его в сеть.

Метод кольцевых слотов используется только в кольцевых топологиях. Другими альтернативными названиями этого метода являются: "метод сегментирования кольца", "метод кольцевых сегментов". Наиболее яркими его представителями являются английские сети Cambridge Ring и TransRing-3000.

В отличие от метода передачи права, данный метод разрешает одновременную передачу информации по сети более чем одному узлу. При этом методе вместо одного маркера в сети циркулирует некоторое количество слотов (обычно от 2 до 8) фиксированной длины. В отличие от управляющего маркера, к одному такому слоту можно присоединить очень ограниченное количество информации (как правило, от 8 до

32байт). Каждый слот, так же, как и маркер, имеет два состояния: "свободно" и "занято".

Алгоритм функционирования этого метода следующий.

1.Узел, желающий передать информацию, разделяет ее на пакеты с длиной, соответствующей длине, которую может принять слот.

2.Узел погружает пакет в каждый свободный слот (занимая его) до тех пор, пока не передаст всю информацию, при этом каждый занятый слот содержит адреса получателя и отправителя, а также признак завершения/продолжения передачи, т.е.

последний ли это слот с информацией или надо ожидать следующего слота.

3.Принимающий узел распознает "свои" слоты, копирует в себя содержащуюся в них информацию и отмечает факт приема установкой специального бита в слоте; так он делает до тех пор, пока не придет слот с признаками завершения информации.

4.Обработанный слот возвращается к передавшему его узлу, который освобождает его, делая доступным для других узлов сети.

передачей прослушивание передающей среды своим приемником.

3.Если приемник слышит только свой собственный пакет, акт передачи считается нормально завершенным.

4.Все другие узлы сети одновременно получают отправленный пакет, но воспринимает его только тот узел, которому он адресован. После этого с помощью другого специального пакета получатель извещает отправителя о приеме пакета.

5.Если приемник начинает слышать не только свой собственный пакет, но и чей-то чужой, он воспринимает этот факт как коллизию передачи с другим узлом (решившим передавать в то же самое время) и немедленно останавливает свою передачу. Точно так же поступает другой узел (другие узлы), участвующий в коллизии. В этом случае вся переданная до коллизии информация воспринимается другими узлами сети как "шум" и игнорируется.

6.Узлы, участвовавшие в коллизии, выжидают случайный промежуток времени, по исчерпании которого им разрешается повторная попытка передачи.

Существует ряд разновидностей протокола CSMA/CD. Приведем только две их них. Протокол CSMA – старая разновидность этого протокола, при котором сеть прослушивается только до начала передачи, а коллизия обнаруживается на логическом уровне получением или неполучением подтверждения на прием пакета от получателя. К сетям, использующим этот протокол, можно отнести IO-Net, PC NET.

Последние годы получила распространение новая разновидность этого протокола – CSMA/CA (Carrier-Sense Multiрle Access / Collision Avoidance), т.е. избежание коллизий. При этой разновидности протокола узел, который хочет передать данные, ожидает освобождения сети, но после этого передает не сами данные, а специальный сигнал (Intention), извещающий другие станции о его намерении передавать информацию.

Если в сети нет искажения этого сигнала (что устанавливает прослушивание), значит, он воспринят другими станциями и можно без помех передавать данные. Таким образом, при этом методе возможна коллизия только специальных сигналов, а не информационных пакетов. Эта дисциплина используется, например в сети Omninet фирмы Corvus.

25. Метод доступа CSMA/CD. Варианты (с разрешением коллизий и предупреждением коллизий).

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) — технология (IEEE 802.3) множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий. CSMA/CD относится к децентрализованным случайным (точнее, квазислучайным) методам. Он используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

Так же называют сетевой протокол, в котором используется схема CSMA/CD. Протокол CSMA/CD работает на канальном уровне в модели OSI.

Характеристики и области применения этих популярных на практике сетей связаны именно с особенностями используемого метода доступа. CSMA/CD является модификацией «чистого» Carrier Sense Multiple Access (CSMA).

Технология доступа

Если во время передачи кадра рабочая станция обнаруживает другой сигнал, занимающий передающую среду, она останавливает передачу, посылает jam signal и ждёт в течение случайного промежутка времени (известного как «backoff delay» и находимого с помощью алгоритма truncated binary exponential backoff), перед тем как снова отправить кадр.

Обнаружение коллизий используется для улучшения производительности CSMA с помощью прерывания передачи сразу после обнаружения коллизии и снижения вероятности второй коллизии во время повторной передачи.

Обнаружение коллизий

Методы обнаружения коллизий зависят от используемого оборудования, но на электрических шинах, таких как Ethernet, коллизии могут быть обнаружены сравнением передаваемой и получаемой информации. Если она различается, то другая передача накладывается на текущую (возникла коллизия) и передача прерывается немедленно. Посылается jam signal, что вызывает задержку передачи всех передатчиков на произвольный интервал времени, снижая вероятность коллизии во время повторной попытки.

Ethernet является классическим примером протокола CSMA/CD.

Протокол CSMA/CD

Передача кадра (рис. 7.4 а):

1. Станция, собравшаяся передавать, прослушивает среду, и передает, если среда свободна. В противном случае (т.е. если среда занята), переходит к шагу 2. При передаче нескольких кадров подряд станция выдерживает определенную паузу между посылками кадров — межкадровый интервал, причем после каждой такой паузы перед отправкой следующего

кадра станция вновь прослушивает среду (возвращение на начало шага 1);

2.Если среда занята, станция продолжает прослушивать среду до тех пор, пока-среда не станет свободной, и затем сразу же начинает передачу;

3.Каждая станция, ведущая передачу, прослушивает среду, и, в случае обнаружения коллизии, не прекращает сразу же передачу, а сначала передает короткий специальный сигнал коллизии — jam-сигнал, информируя другие станции о коллизии, и прекращает передачу;

4.После передачи jam-сигнала станция замолкает и ждет некоторое произвольное время в соответствии с правилом бинарной экспоненциальной задержки, а затем возвращается к шагу

Межкадровый интервал IFG (mterframe gap) составляет 9,6 мкм (12 байт). С одной стороны, он необходим для того, чтобы принимающая станция могла корректно завершить прием кадра. Кроме этого, если бы станция передавала кадры непрерывно, она бы полностью захватила канал и, тем самым, лишила другие станции возможности передачи.

Jam-сигнал (jamming — дословно глушение). Передача jam-сигнала гарантирует, что ни один кадр не будет потерян, так как все узлы, которые передавали кадры до возникновения коллизии, приняв jam-сигнал, прервут свои передачи и замолкнут в ожидании новой попытки передать кадры. Jam-сигнал должен быть достаточной длины, чтобы он дошел до самых удаленных станций коллизионного домена с учетом дополнительной задержки SF (safety margin) на возможных повторителях. Содержание jam-сигнала не принципиально за исключением того, что оно не должно соответствовать значению поля CRC частично переданного кадра (802.3), и первые 62 бита должны представлять чередование 1 и 0 со стартовым битом 1.

Рис. 7.4. Структурная схема алгоритма CSMA/CD (уровень MAC): а) при передаче кадра станцией; б) при приеме кадра станцией

На рис. 7.5 проиллюстрирован процесс обнаружения коллизии применительно к топологии «шина» (на основе тонкого или толстого коаксиального кабеля (стандарты 10Base5 и 10Base2 соответственно).

В момент времени t0 узел A (DTE А) начинает передачу, естественно прослушивая свой же передаваемый сигнал. В момент времени t1 когда кадр почти дошел до узла В (DTE В), этот узел, не зная о том, что уже идет передача, сам начинает передавать. В момент времени t2 = t1 + А , узел В обнаруживает коллизию (увеличивается постоянная составляющей электрического сигнала в прослушиваемой линии). После этого узел В передает jam-сигнал и прекращает передачу. В момент времени t3 сигнал коллизии доходит до узла А, после чего А также передает jam-сигнал и прекращает передачу.

Рис. 7.5. Обнаружение коллизии в шине при использовании схемы CSMA/CD стандарта

Ethernet

По стандарту Ethernet узел не может передавать очень короткие кадры, или, иными словами, вести очень короткие передачи. Как говорилось при описании формата кадра, даже если поле данных не заполнено до конца, то появляется специальное дополнительное поле,

удлиняющее кадр до минимальной длины 64 байта без учета преамбулы.

Время канала ST (slot time) — это минимальное время, в течение которого узел обязан вести передачу, занимать канал. Это время соответствует передаче кадра минимального допустимого размера, принятого стандартом Ethernet IEEE 802.3. Время канала связано с максимальным допустимым расстоянием между узлами сети — диаметром коллизионного домена. Допустим, что в приведенном выше примере реализуется наихудший сценарий, когда станции А и В удалены друг от друга на максимальное расстояние. Время распространения сигнала от А до В обозначим через tP . Узел А начинает передавать в нулевой момент времени. Узел В начинает передавать в момент времени t1=tP — А и обнаруживает коллизию спустя интервал Д после начала своей передачи. Узел А обнаруживает коллизию в момент времени t3 = 2tP — А . Для того, чтобы кадр, испущенный А, не был потерян, необходимо, чтобы узел А не прекращал вести передачу к этому моменту, так как тогда, обнаружив коллизию, узел А будет знать, что его кадр не дошел, и попытается передавать его повторно. В противном случае, кадр будет потерян. Максимальное время, спустя которое с момента начала передачи узел А еще может обнаружить коллизию, равно 2tP — это время называется задержкой на двойном пробеге RTD (round-trip delay). В более общем случае, RTD определяет суммарную задержку, связанную как с задержкой из-за конечной длины сегментов, так и с задержкой, возникающей при обработке кадров на физическим уровне промежуточных повторителей и оконечных узлов сети. Далее удобно использовать также другую единицу измерения времени: битовое время ВТ (bit time). Время в 1 ВТ соответствует времени, необходимому для передачи одного бита, т.е. 0,1 мкс при скорости 10 Мбит/с.

Стандартом Ethernet регламентированы следующие правила обнаружения коллизии конечным узлом сети:

1.Узел А должен обнаружить коллизию до того, как передаст свой 512-й бит, включая биты преамбулы;

2.Узел А должен прекратить передачу раньше, чем будет передан кадр минимальной длины

— передано 576 бит (512 бит после ограничителя начала кадра SFD);

3.Перекрытие между передачами узлов А и В ~ битовый интервал, начиная с момента передачи первого бита преамбулы узлом А и заканчивая приемом узлом А последнего бита, испущенного узлом В, — должно быть меньше, чем 575 ВТ.

Последнее условие для сети Ethernet является наиболее важным, поскольку его выполнение автоматически влечет выполнение и первых двух. Это третье условие задает ограничение на диаметр сети. Применительно к задержке на двойном пробеге RTD третье условие можно сформулировать в виде; RTD < 575 ВТ.

При передаче больших кадров, например 1500 байт, коллизия, если она вообще возникнет, обнаруживается практически в самом начале передачи, не позднее первых 64 переданных байт (если коллизия не возникла в это время, то позже она уже не возникнет, поскольку все станции прослушивают линию и, "слыша" передачу, будут молчать). Так как jam-сигнал значительно короче полного размера кадра, то при использовании алгоритма CSMA/CD количество в холостую израсходованной емкости канала сокращается до времени, требуемого на обнаружение коллизии. Раннее обнаружение коллизий приводит к более эффективному использованию канала. Позднее обнаружение коллизий, свойственное более протяженным сетям, когда диаметр коллизионного домена составляет несколько километров, снижает эффективность работы сети. На основании упрощенной теоретической модели поведения загруженной сети (в предположении большого числа одновременно передающих станций и фиксированной минимальной длины передаваемых кадров у всех станций) можно выразить производительность сети U через отношение RTD/ST: