Организация доступа к среде и передача сообщений.

Перед началом передачи данных сетевой адаптер прослушивает линию связи, что бы выявить свободна ли она в данный момент времени, если линия свободна, то адаптер начинает передачу кадра, представляющего собой единицу данных, пересылаемых в сети Ethernet от одной станции к другой. Признаком не занятости лини является отсутствие в ней сигналов. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. В первых 6 байтах кадра содержится адрес передающей станции и станции назначений.

Все подключенные к линии станции записывают байты передаваемого кадра в свои внутренние буферы. Станция назначения обнаруживает собственный адрес и продолжает записывать содержимое кадра в свой внутренний буфер, после чего происходит обработка данных. Остальные станции прекращают приме кадра.

После окончания передачи кадра все станции сети обязаны выдержать технологическую паузу, необходимую для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а так же для предотвращения монопольного захвата среды 1 станции. Длительность паузы, или межпакетного интервала равна 9,6 мкс. После ее окончания станции могут инициировать передачу своего кадра, поскольку линия связи свободна. Если станция отправитель при прослушивании линии связи не обнаруживает других сигналов, то посылается дополнительный сигнал запроса на передачу (RTS). Этим сигналом станция заявляет о намерении начать передачу данных. Станция отправитель определенное время ожидает ответа (CTS) от станции назначения. При получении ответа в линию посылается кадр, при отсутствии ответа подразумевается возможность коллизии. Если промежуток времени между RTs и CTS пошлет запрос другая станция, то произойдет конфликт сигналов RTS. Поскольку кадры с данными никогда не конфликтуют, метод получил свое название «с предотвращением коллизий».

Доступ с передачи токена (маркерный метод доступа). Данный метод относится к детерминированным, децентрализованным методам доступа к общей среде передачи, при котором каждой станции, получившей токен, или маокер, представляется возможность использования разделяемой среды в течение фиксированного промежутка времени, называемого временем удержания токена.

По истечению время задержания станция должна завершить текущий кадр, прекратить передачу собственных данных и передать токен далее по кольцу соседней станции. Следовательно маркерный метод в отличии от предыдущих регламентирует максимальное время доступа которое определяется общим числом станций в сети. Право на доступ к сети передается вместе с токеном циклически от станции к станции по логическому кольцу. В сетях Token Ring и FDDI это достигается благодаря кольцевой топологии физических связей, а в сетях с другой физической топологии благодаря последовательному подключению станций. За наличие токена в сети несет ответственность одна из рабочих станций, которое выбирается при инициализации сети и называется активным монитором. В функции активного монитора входит: генерация токена и контроль над ним в сети, если после передачи маркера в сеть он не возвращается к активному монитору по истечению определенного времени, то генерируется и запускается в сеть новый токен. Описание метода: для предоставления доступа к сети по кольцу циркулирует кадр специального формата. Получив токен станция анализирует его. Станция один готовая к передачи данных при получении токена выполняет следующие действия: изымает токен с кольца на интервале Т1 тем самым предоставляя право на доступ к физической среде; формирует кадр установленного формата, снабжает его собственным адресом и адресом станции назначения; отправляет готовый кадр последовательно по битам соседней станции (интервал Т2). Все промежуточные станции (2 и 3) кольца. Станция 4 получив кадр распознает собственный адрес после чего копирует кадр, вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция-источник 1 изымает полученный кадр с подтверждением приема из кольца и вместо него передает в сеть новый токен (интервал Т8) для предоставления возможности другим станциям доступа к сети для передачи своих данных. В современных сетях Token Ring используется более совершенный алгоритм доступа к кольцу – алгоритм раннего освобождения токена, в соответствии с которым станция-источник передает токен доступа в соседнюю станцию сразу после отправления последнего бита кадра. Различным видам сообщений могут быть присвоены различные приоритеты от 0 до 7. Станция имеет право захватитиь передаваемый токен только в том случае, когда приоритет кадра, который подготовлен для передачи, выше или равен приоритету токена.

Физическая среда передачи данных.

Под физической средой передачи данных понимают непосредственно среду (проводной и беспроводной) по которой происходит передача данных.

Классификация физической среды передачи данных.

Физическая среда передачи данных
Проводные		Беспроводные
Электрические каналы	Оптические каналы	Радиоканалы	Лазерные каналы	Инфракрасные каналы
Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Витая пара проводов
Не витая пара проводов

Проводные каналы связи, связь между различными узлами сетей, периферийными устройствами осуществляется за счет различных кабельных систем. Исторически именно они использовались первыми.

Витая пара проводов и не витая пара проводов это наиболее простая среда передачи данных представляющая собой пару параллельных медных проводников разделенных диэлектрической оболочкой.

Витая пара проводов состоит из двух медных изолированных проводов один из которых обвит вокруг другого. Вьющийся провод предназначен для устранения взаимного влияния между соседними витыми парами. Кабель с витой парой бывает экранированный (STP) и не экранированная (UTP). Экранированная витая пара включает дополнительные экраны для каждой пары проводников (медная оплетка и фольга) ослабляющая их взаимное влияние и влияние внешних электрических полей. Структура экранированной витой пары.

1

2

1. Внешняя защитная оболочка

2. Экран

3. Пара проводников

Витая пара 5й и 6й категории является наиболее востребованной при построении современных локальных вычислительных сетей. По своим характеристикам кабель 6 и 7 категории максимально приближен к характеристикам оптоволоконных кабелей. В проводных электрических каналах связи данные передаются путем кодирования электрических сигналов.

Коаксиальный кабель – широко используемая физическая среда в первых стандартах вычислительных сетей. В настоящее время используется при построении телевизионных кабельных сетей. Существуют две его разновидности: тонкий коаксиальный кабель и толстый коаксиальный кабель. Структура коаксиального кабеля.

Тонкий КК – гибкий кабель диаметром 0.5 сантиметра используется для объединения узлов сети до 180 метров. Отличием является центральная медная жила (отличие от витой). Для подключения коаксиального кабеля к узлам сети используют коннекторы BNC.

Толстый коаксиальный кабель (RJ-8 RJ-11), является более жестким, толщина медной жилы так же более утолщена, за счет этого данные передаются на большие расстояния, до 500 метров. Для подключения к ТКК используются трансиммеры с N-коннеторами. Трудоемкость монтажа.

Оптоволоконные линии связи являются самыми современными кабельными каналами передачи данных. Позволяют передавать данные большого объема траффика на большие расстояния. Передача информации происходит за счет изменения интенсивности света. Большим достоинством оптоволокна является очень высокая помехоустойчивость и качество передаваемых данных. Недостатки – высокая стоимость кабеля, сложность монтажа и его высокая стоимость.

Оптоволоконный кабель состоит из сердечника выполненный и прозрачного оптоволокна который окружен стекловолокном2.

Рефракция это переотражение сигналов. Стекловолокно с сердечником покрыто защитным пластиком. В центре кабеля размещается стальной трос который используется для прокладки магистральных видов связи. Сердечник оптоволоконного одноканального кабеля имеет толщину около 50 микрометров, а в многоканальном около 80 до 100. Главная особенность оптоволоконных систем передачи данных заключаются в том что аналогом сообщения являются световые сигналы ( при этом наличие световой единицы, отсутствие логического нуля. К одному из концов оптического волокна подключают устройства преобразующие электрические сигналы в световые импульсы, а другому приемник, который выполняет обратное преобразование .

Принцип передачи светового луча по оптоволокну базируется на использовании эффекта преломления, например стекло-воздух. По мере увеличения угла падение увеличивается угол отражения. И когда угол падения луча превосходит некоторую критическую величину, то луч полностью отражается обратно в стекло не попадая в воздух.

В этом случае они окажутся запертыми внутри оптоволокна и после многократного переотражения могут быть переданы на большое расстояние. Каждый передаваемый луч ассоциируется с модой. Оптическое волокно способное передавать сразу несколько лучей называется многомодовым. Если уменьшить диаметр оптоволокна до нескольких длин световых волн, то свет начинает распространяться по прямой линии, без отражений от стенок волокна. Остается только 1 луч. Такое волокно называется одномодовым. В качестве источника света используются светоизлучающие диоды.

Таблица 5.2
Характеристика	светодиод	Полупроводниковый лазер
Скорость передачи данных Тип волокна Расстояние Срок службы Чувствительность к температуре Цена	низкая многомодовые короткое долгий невысокая низкая	Высокая Многомодовые или одномодовые Дальнее Короткий Значительная высокая

Для настройки длины волны источников используются интерферометр который устанавливается между источником и кабелем. В качестве приемника световых сигналов используют фотодиоды, которые преобразуют световые импульсы в электрические. Время срабатывания фотодиода порядка 1 наносекунды, поэтому скорость передачи данных более 1Гбита/сек не желательна

В системах связи используются 3 диапазона длин волн (0,85; 1,30; 1,55)с полосой пропускания от 25000 до 30000 ГГц каждый.

В многомодовом кабеле MMF используются сердечники диаметром порядка 50мкм, которые легче изготовить технологически. Возникающая при этом интерференция приводит к искажениям выходных импульсов

Многомодовые кабели используются для передачи на расстоянии от 300 до 1000 метров при скорости не более 1Гбит в секунду.

Одномодовый кабель SMF.

Интерфейс каждого компьютера представляет собой Т-образное соединение, которое позволяет принимать и передавать принятые сообщения самому компьютеру или пропускать принятый свет дальше по кольцу.

Применяются 2 типа интерфейса: пассивный и активный с повторительным. Пассивный интерфейс состоит из 2 ответвлений вплавленных в основной кабель, с одной стороны вставляется фотодиод, а с другой светодиод для передачи. Достоинства: высокая надежность поскольку выход из строя диодов не приводит к разрыву кольца. Из сети выключится только 1 компьютер. Для оптоволокна повторители ставятся через 50 км для электрических через каждые 5.

К оптоволокну сложно подключится.

Недостаток: оптическая передача данных является строго однонаправленной, поэтому для двухсторонней связи требуется либо 2 кабеля либо 2 частотные полосы в одном кабеле.

Кабель хрупкий и ломается в местах сильных изгибов, интерфейсные средства стоят дороже.