План лекции 12 1. Механизм доступа к сетевой

План лекции 12 1.Механизм доступа к сетевой среде (CSMA/CD) 2. Передача данных на физическом уровне

Механизм доступа к сетевой среде (CSMA/CD) Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Этапы механизма CSMA/CD 1.Фаза контроля несущей (carrier sense). Когда компьютеру в сети Ethernet нужно передать данные, он прежде всего проверяет, не занята ли сеть другим компьютером. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, то есть несущей частоты (Carier –sense). Признаком незанятости среды является отсутствие в ней несущей частоты (5-10мгц при манчестерском коде кодирования). Если сеть занята, компьютер ждет некоторое время, а потом снова проверяет сеть на занятость

Этапы механизма CSMA/CD 2. Фаза множественного доступа В течение нее компьютер передает пакет данных, если сеть свободна. Но так как за доступ к среде соревнуются все компьютеры одной ЛВС, то эта фаза называется фазой множественного доступа (multiple access). Время монопольного использования разделяемой среды одним компьютером ограничивается временем передачи одного кадра. В течение этой фазы может произойти коллизия, в результате которой оба пакета игнорируются, и компьютеры должны повторить их передачу.

Этапы механизма CSMA/CD 3. Фаза обнаружения коллизий (collision detection). При использовании кабеля UTP или оптоволоконного кабеля компьютер «предполагает», что случилась коллизия, если сигнал регистрируется, как и в передающих, так и в принимающих проводах. В коаксиальных сетях о коллизии говорит резкий скачок напряжения в кабеле. Компьютер способен обнаружить коллизию, пока он находится в процессе передачи данных.

Этапы механизма CSMA/CD 4. Фаза передачи сигнала затора. Обнаружив коллизию, компьютер немедленно останавливает передачу данных и начинает передачу сигнала затора (jam pattern), сигнализируя всем компьютерам сети, что произошла коллизия, и потому необходимо игнорировать все пакеты, частично принятые к этому времени, и не начинать передачу данных, пока сеть не очистится.

Этапы механизма CSMA/CD 5. Фаза паузы. После передачи сигнала затора компьютер выдерживает паузу до новой попытки передать данные. Продолжительность этой паузы оба компьютера, вовлеченные в коллизию, рассчитывают его самостоятельно по алгоритму с использованием генератора случайных чисел. Случайным образом период вычисляется для того, чтобы у двух компьютеров он не совпал и они не начали передачу одновременно, породив новую коллизию. После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52, 4 мс. Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9.6 мкс.

Расчет минимальной длительности кадра 1 2

Расчет минимальной длительности кадра Допустим, компьютер 1 закончил свою передачу, а компьютеры 2 и 3 захотели передавать во время передачи первого. После освобождения сети компьютер 2 сразу узнает об этом событии и начинает свою передачу. Компьютер 3 узнает об этом событии не сразу, а через время распространения сигнала окончания до компьютера 3, то есть через время L/V и начинает свою передачу. Сразу у компьютера 3 возникает коллизия, сигнал которой в худшем случае дойдет до компьютера 2 за время L/V после начала передачи абонентом 3 (обратный путь сигнала). К этому моменту передача кадра компьютером 2 ни в коем случае не должна еще закончиться, иначе он так и не узнает о коллизии. Поэтому получается, что минимально допустимая длительность кадра в сети должна составлять 2L/ V, то есть должна равняться удвоенному времени распространения сигнала по полной длине сети (или по пути наибольшей длины в сети). Это время называется двойным или круговым временем задержки сигнала в сети, или PDV (Path Delay Value). Т мин = 2L/ V = PDV Таким образом, для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение Tmin > = PDV, где Тmin - время передачи кадра минимальной длины, a PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети.

Ограничение на максимальный диаметр сети. Постановка задачи В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра 64 байт, а вместе с преамбулой — 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть определено ограничение на расстояние между станциями.

Расчет максимального диаметра сети В 10-мегабитном стандарте Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно 575 битовых интервалов, следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,5 мкс. Расстояние L, которое сигнал может пройти за это время, зависит от типа кабеля и для толстого коаксиального кабеля равно L = 230000000 * 57.5 *10 -6 =13 225 м. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по линии связи дважды, расстояние между двумя узлами не должно быть больше 6613 м. В стандарте величина этого расстояния выбрана существенно меньше и равна 2500м, с учетом других, более строгих ограничений.

Причины ограничений диаметра сети: 1. Предельно допустимое затухание сигнала в кабеле. 2. Задержка в распространение сигнала повторителями.

Передача данных на физическом уровне

Искажение импульсов в линии связи

Причины искажений: Любую линию можно рассматривать как линию с распределенной индуктивно-емкостной нагрузки. В результате для синусоид различных частот линия будет обладать разным полным сопротивлением, а значит, и передаваться они будут по-разному.

Причины искажений: 1. Частотные искажения сигнала. Так как любой дискретный сигнал состоит из компонент различной частоты, то на вход приемного устройства поступают только те компоненты, частоты которых находятся внутри полосы пропускания. Ограниченность полосы пропускания приводит к частотным искажениям сигнала.

Причины искажений: 2. Искажение из-за задержки. Определяется тем, что скорость распространения синусоидального сигнала по линии связи изменяется с изменением частоты. Следовательно, при передаче цифрового сигнала различные компоненты, из которых образован сигнал, достигают приемника с различными задержками.

Причины искажений: 3. Наличие внешних помех от электрических двигателей, электронных устройств, атмосферных явлений и т. д. 4. Наличие внутренних помех — так называемые наводки одной пары проводников на другую.

Характеристики линии связи Для оценки степени искажения вводятся следующие характеристики линии связи: - АЧХ, -полоса пропускания, - затухание, - задержка, -уровень шумов, - помехоустойчивость, - волновое сопротивление.

Амплитудно-частотная характеристика

Полоса пропускания Полоса пропускания - непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала ко входному превышает некоторый заранее заданный предел, обычно 0,5; Полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без значительных искажений.

Пример АЧХ и полосы пропускания канала тональной частоты

Затухание 3. Затухание определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты. Таким образом, затухание представляет собой одну точку на амплитудно-частотной характеристике. Затухание А (дБ) вычисляют по формуле: A = 1O lgPвых /Pвх , где Рвых — мощность сигнала на выходе линии, Рвх - мощность сигнала на входе линии.

Задержка 4. Из-за конечной скорости распространения сигнала в кабеле, имеется задержка распространения сигнала в кабеле в расчете на единицу длины. Типичная величина задержки большинства современных кабелей составляет около 5 нс/м.

Уровень шумов S/N = 10 lg PS/PN Характеризуется отношением мощности полученного сигнала Ps к мощности уровня шумов PN.