IN-POS 7. Technologie přenosu dat

Zadání

  • Technologie přenosu dat.
  • Signály, digitální a analogové vysílání, kódování dat, multiplexing,
  • chybové řízení, metody řízení přístupu k médiu a celkové řízení datového spoje.
  • PV169, PV183

Vypracování

Signály, digitální a analogové vysílání

  • Data jsou přenášena přes přenosové médium ve formě signálů (nutná transformace).
  • signál = funkce času reprezentující změny fyzikálních vlastností přenosového média
  • data, která je třeba přenést, jsou digitální (binární)
  • signály šířené přenosovým médiem:
    • analogový signál
      • spojitý v čase
      • lze šířit vodiči i bezdrátovým prostředím
    • digitální signál
      • diskrétní v čase
      • lze šířit pouze vodiči
      • data jsou diskrétní v hodnotách (znaky, prvky abecedy,…)

Defekty signálů

  • útlum
    • slábnutí signálu, ztráta energie
    • způsobeno např. odporem média
    • řešením jsou zesilovače
  • zkreslení
    • ztráta tvaru křivky signálu
    • způsobeno rozdílnou rychlostí šíření signálů na různých frekvencích
  • šum
    • vliv cizorodé energie
    • terminální šum, indukovaný signál, přeslech,..

Přenos dat

  • Analogový signál lze přenášet:
    • amplitudovou digitální modulací – mění se amplituda nosného signálu
    • frekvenční digitální modulací – mění se frekvence nosného signálu
    • fázovou digitální modulací – mění se fáze nosného signálu
  • Pro modulaci slouží modem (MOdulátor/DEModulátor).
  • Digitální data (0 a 1 proudící z/do vyšších vrstev) přenášíme:
    • analogovým signálem
      • modulací nosného signálu digitálními daty
    • digitálním signálem
      • transformací kódování
  • kódování = proces konverze binárních dat do digitálního signálu
    • nutná synchronizace vysílače a přijímače (lze využít změnu úrovně signálu)

Přímé kódování

  • 1 = kladná hodnota amplitudy
  • 0 = nulová hodnota amplitudy
  • ➖ žádná samosynchrovatelnost

NRZ

NRZ-L
  • 1 = záporná
  • 0 = kladná
  • ➖ žádná samosynchronizovatelnost

NRZ-I

  • 1 = změna polarizace apmplitudy
  • 0 = žádná změna
  • ➖ řeší jen posloupnost 1, neřeší posloupnost 0

Manchester

  • Každý bit kódován 2 prvky signálu.
  • ➕ plná samosynchronizovatelnost

4B/5B

  • Substituce originálních 4-bitových bloků speciálním 5-bitovými vzorky.
    • nejvýše tři 0 za sebou
  • Vlastní převod s využitím NRZ-I.
  • ➕ Uměle zavedená redundance pro zabezpečení synchronizace.
  • ➕ Včetně možnosti detekce chyb.

Přenosové médium

  • Voděná média
    • fyzická kanál mezi zařízeními
    • kroucená dvoulinka (LANs, až 10 Gbps), koaxiálnı́ kabel, optické vlákno

(páteře, stovky Gbps), atp.

  • Nevoděná média
    • přenášı́ elektromagnetické vlněnı́ bez použitı́ fyzického vodiče
    • signály se šı́řı́ éterem (vzduch, vakuum, voda)
    • rádiové vysı́lánı́, mikrovlnné vysı́lánı́, infračervené vysı́lánı́, atp.

Multiplexing

Technika sdı́lenı́ dostupné přenosové kapacity přenosového média souběžnými komunikacemi.
  • Cı́lem je efektivnějšı́ využitı́ média.
  • Uplatněn zejména u optických vláken a bezdrátů.
  • Analogové sygnály

Frequency-Division Multiplexing (FDM)

  • každý přenášený signál je modulován samostatným nosným signálem s unikátnı́ nosnou frekvencı́
  • modulované nosné signály se kombinujı́ do nového signálu, který se

přenášı́ spojem

Wave-Division Multiplexing (WDM)

  • varianta FDM pro optické signály (optická vlákna)
  • použitı́ vı́ce světelných paprsků na různých frekvencı́ch
  • každá barva světla (vlnová délka, frekvence) reprezentuje 1 kanál
  • Digitální signály

Time-Division Multiplexing (TDM)

  • v libovolném okamžiku kanál využı́vá výhradně jeden vysı́lajı́cı́ (po jistou dobu)
  • vysoká propustnost i při mnoha vysı́lajı́cı́ch
  • nutnost preciznı́ synchronizace vysı́lače a přijı́mače

Řízení datového spoje

Chybové řízení

  • Fyzická vrstva je téměř vždy předmětem chyb.
  • Vrstva datového spoje provádí detekci/korekci.
    • Vysílač přidá kontrolní bity. Příjemce ověří a případně zažádá o přeposlání.
  • Detekce chyb:
    • sudá/lichá parita
    • Cyclic Redundancy Check (garance silné kontroly)
      • postaveno nad dělením polynomů

Error Detection, Automatic Request for Retransmission (ARQ)

  • detekce chyby a zajištěnı́ opakovánı́ přenosu
  • vhodné pro málo chybujı́cı́ přenosová média

Forward Error Correction (FEC)

  • detekce chyb a snaha o jejich korekci (s využitı́m redundance dat)
  • vhodné pro často chybujı́cı́ přenosová média či média s velkou latencı́
  • např. Hammingův kód

Řı́zenı́ přı́stupu k médiu (MAC)

  • funkcionalita odpovědná za koordinaci přı́stupu vı́ce stanic ke sdı́lenému přenosovému médiu
  • Cı́l: eliminace kolizı́ (konfliktů) při vysı́lánı́
    • tj. souběžného vysı́lánı́ do jediného přenosového prostředı́
  • MAC protokoly neřı́zeného přı́stupu

Aloha

  • stanice vysı́lá kdykoliv má připravený rámec
  • kolize detekovány nepřijetı́m potvrzenı́ o přijetı́ v definovaném časovém intervalu
  • po kolizi náhodnou dobu vyčká a zkusı́ vysı́lat znovu
  • ➖ neefektivnı́

CSMA/CD

  • upravená Aloha – stanice vysı́lá jen když zjistı́ klid v médiu
  • současně na médiu naslouchá pro detekci přı́padné kolize
    • (CD = Collision Detection)
  • aplikace v klasickém LAN Ethernetu; nepoužitelné v nevoděném médiu

CSMA/CA

  • obcházenı́ kolizı́
  • použitelné v nevoděném médiu
  • MAC protokoly řı́zeného přı́stupu
    • stanice smı́ vysı́lat jen tehdy, když k tomu zı́ská právo od řı́dı́cı́/jiné stanice
    • rezervace
      • vysı́lánı́ v předem domluvených vyhrazených intervalech
    • vyzývánı́
      • centrálnı́ stanice vyzývá (a vybı́rá) stanici, která bude vysı́lat
    • předávánı́ přı́znaku
      • předávánı́ peška indikujı́cı́ho právo k vysı́lánı́
  • Protokoly multiplexově-orientovaného přı́stupu
    • zpřı́stupněnı́ multiplexingu fyzické vrstvy vrstvě L2
    • FDMA (Frequency-Division Media Access)
    • TDMA (Time-Division Media Access)

Sítě na L2

  • lokálnı́ počı́tačové sı́tě (LANs)
    • systematická topologie pro jednoduché sı́tě
      • topologie = fyzické uspořádánı́ stanic na médiu
      • sběrnice, kruh, hvězda, strom, mesh atp.
    • rozlehlejšı́ sı́tě tvořeny vzájemným propojovánı́m jednoduchých topologiı́
  • koliznı́ doména
    • určena stanicemi sdı́lejı́cı́mi přenosové médium
    • kdykoliv začne v koliznı́ doméně vı́ce stanic vysı́lat, dojde ke kolizi (znehodnocenı́ signálu ⇒ nutnost opakovánı́ přenosu)

bus

  • relativně jednoduše instalovatelná
  • koliznı́ doména tvořena všemi připojenými stanicemi
  • CSMA/CD jako protokol řı́zenı́ přı́stupu k médiu
  • náchylná k defektům (výpadek kabelu = výpadek celé sı́tě)

ring

  • všechny zprávy putujı́ v jednom směru
  • koliznı́ doména tvořena všemi připojenými stanicemi
  • právo vysı́lat určuje metoda peška
  • velmi náchylná k defektům (výpadek kabelu/zařı́zenı́ = výpadek celé sı́tě)

star

  • centrálnı́ propojovacı́ bod (hub, bridge, switch)
  • hůře instalovatelná
  • koliznı́ doména v závislosti na propojovacı́m bodu
    • hub – operuje na L1 – koliznı́ doména tvořena všemi připojenými stanicemi
    • bridge, switch – operujı́ na L2 – koliznı́ doména vždy tvořena pouze dvěma sousedı́cı́mi stanicemi
  • nepřı́liš náchylná k defektům (výpadek kabelu = výpadek pouze daného zařı́zenı́)

Budování L2 sítí

  • můstek (bridge)
    • transparentnı́ propojenı́ sı́tı́
    • vlastnosti:
      • všechen provoz procházı́ můstkem
      • odděluje sdı́lená média (kolize se nepřenášı́)
      • může mı́t vı́ce jak dvě připojenı́
    • přepı́nač (switch) ≈ vı́ceportový můstek
  • založeno na MAC adresách
    • Backward Learning Algorithm – můstek se učı́ umı́stěnı́ stanic naslouchánı́m na médiu (sledovánı́m zdrojových adres)
    • rámce se směrujı́ dle cı́lové adresy
  • vlastnosti:
    • lze vytvořit sı́tě s cykly
      • distribuovaný Spanning Tree Algorithm pro výpočet kostry
    • nevhodné pro velké sı́tě
      • přepı́nacı́ tabulky rostou s počtem stanic – pomalá konvergence

Distribuovaný Spanning Tree Algorithm

  • cı́l algoritmu: nepoužı́vat některé porty můstků (zabránit cyklům)
  • každý můstek posı́lá periodické zprávy:
    • <vlastnı́ adresa, adresa kořenového můstku, vzdálenost od kořene>
  • když dostane zprávu od souseda, upravı́ definici nejlepšı́ cesty
    • preferuje kořen s menšı́ adresou
    • preferuje menšı́ vzdálenosti
    • při stejných vzdálenostech preferuje nižšı́ adresu
  • mechanismus:
    • volba kořenového vrcholu stromu (nejnižšı́ adresa)
    • postupný růst stromu – nejkratšı́ vzdálenost od kořene (preference majı́ uzly s nižšı́ adresou, pokud existuje vı́ce možnostı́)
    • nalezené nejlepšı́ cesty definujı́ aktivnı́ porty můstků
    • všechny ostatnı́ porty vypnout
  1. fáze výběru kořenového můstku
    1. po zapnutı́ všechny můstky prohlásı́, že jsou kořenem (Root Bridge)
    2. každý z nich zašle konfiguračnı́ informaci na všechny porty
    3. na základě těchto informacı́ je zvolen kořenový můstek s nejnižšı́ ID
  2. fáze výběru kořenových portů
    1. každý můstek si za svůj kořenový port (Root Port) zvolı́ ten s nejnižšı́ cenou cesty k Root Bridge
    2. majı́-li dva porty stejnou cenu, je zvolen ten s nižšı́m Port ID (druhý se vypne (stane se non-designated) pro vyloučenı́ smyček)
  3. fáze výběru aktivnı́ch/neaktivnı́ch portů
    1. Root Bridge nastavı́ všechny svoje porty jako aktivnı́ (Designated)
    2. na všech spojı́ch, na kterých nejsou Root Porty, si přepı́nače vyměňujı́ informace a zjišťujı́, kdo z nich má nižšı́ Bridge ID. Ten potom nastavı́ svůj port jako aktivnı́, druhý s vyššı́m Bridge ID svůj port vypne.

Zdroje

  • slidy pb156
mgr-szz/in-pos/7-pos.txt · Poslední úprava: 2019/06/14 16:11 autor: lachmanfrantisek
Nahoru
CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported
chimeric.de = chi`s home Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0