Datový spoj rámce - MENDELUlidak/site/slidy2008/prednaska...PC1 PC2 Kolize 1 2 4 Detekce kolize...

Počítačové sítě

Datový spoj

• Datový spoj (Data Link) – organizovaný komunikační kanál

– Datové jednotky – rámce (frames) • indikátory začátku a konce rámce

• režijní informace – záhlaví event. zápatí rámce (identifikátor zdroje a cíle, řídící informace, informace o stavu spoje, kontrola bitové správnosti- FCS …) stavu spoje, kontrola bitové správnosti- FCS …)

• data určená k přenosu

– Formát rámce (včetně specifikace minimální a maximální délky) je určen příslušným přenosovým protokolem

– Protokol je souhrn pravidel, podle kterých probíhá dialog mezi vzdálenými entitami

Počítačové sítě - Datový spoj 1


Datový spoj

• Formát obecného rámce

Flag FlagFCSDataAdresa Řízení


záhlaví zápatí

Příznak začátku a konce rámce

není u rámců s pevnou délkou


Datový spoj

– Typy rámců

• Rámce s pevnou délkou

• Rámce s proměnlivou délkou

• Datové proudy (streams)

– Musí být zajištěno oddělení režijních informací od dat

– Řízení datového spoje zahrnuje:

• Synchronizaci rámců

• Řízení toku rámců

• Kontrola bitové správnosti



Datový spoj

• Synchronizace rámců

– Asynchronní přenos – znakově orientovaný –start/stop bit ohraničuje každý „znak“ (tj. 7/8 bitů), definice minimální vzdálenosti mezi znaky ……. velká přenosová režie……. velká přenosová režie

– Synchronní přenos – bitově orientovaný, libovolná sekvence bitů – začátek sekvence je dohodnutý bitový vzorek (preamble), konec může být ohraničen (postamble) ……menší přenosová režie



Datový spoj

• Kontrola bitové správnosti – detekce bitových chyb

– Určeno protokolem

– Paritní kontrola – paritní bit, sudá/lichá parita, příčná (pro každý znak zvlášť) / podélná (pro všechny bity zprávy nebo její části) –všechny bity zprávy nebo její části) –

– Cyklická redundantní kontrola CRC –prostřednictvím dohodnutého algoritmu (mod2, polynomický CRC) se vypočítá kontrolní sekvence rámce FCS (Frame Control Sequence) a vloží se do rámce, cílový systém provede tentýž výpočet a výsledek srovná s přijatým FCS



Datový spoj

Princip kontroly bitové správnosti



Datový spoj

• Řízení toku rámců a bitové správnosti– Zabránění zahlcení přijímacího systému, omezení

kolizí (jamming) v komunikačním kanále– Zajištění opravného vyslání nekorektně přijatých

rámců

• Techniky pro komunikační kanály s násobným • Techniky pro komunikační kanály s násobným přístupem – typicky LAN

• Deterministické – TokenRing• Nedeterministické (stochastické) – CSMA/CD

(Carrier Sense Multiply Access/CollisionDetection)



Datový spoj

• Token Ring

token (oprávnění k přenosu)

směr přenosu

• CSMA/CD


možné kolize


Datový spoj

• CSMA/CD

– CSMA (Carrier Sense Multiply Access) – každá stanice monitoruje stav přenosového média a začíná vysílat jen v době, kdy je médium volné.

– CD (Collision Detection) – začne-li vysílat v krátkém časovém intervalu více stanic, nastávají krátkém časovém intervalu více stanic, nastávají kolize. Vysílající stanice je detekují, zastaví vysílání a vyšlou do sítě krátký „jamming signal“, který ostatní upozorní na kolize. Vysílání obnoví v náhodných časových intervalech po náslechu, zda je médium volné.



Datový spoj

• CSMA/CD – nepředchází kolizím na sběrnici, ale detekuje je

– Před zahájením vysílání zjistí, zda je kanál volný, v případě, že není, počká určitou dobu a pokusí se vysílání zopakovat

– Náslech současně s vysíláním (po celou dobu – Náslech současně s vysíláním (po celou dobu vysílání).

– V případě, že byly detekovány kolize, vlastní vysílání okamžitě zastaví a vyšle do sběrnice informaci o detekci kolize – všechny stanice pak „zahodí“ dosud přijatá data znehodnocená kolizí


Stav kanálu

volný ?

Připraveno

k vysílání

Vysílá

Signál

„jamming“

Příliš mnoho

kolizí

Očekává

„backoff“

ne

ne

ano

ZačátekFunkčníschématechnikyCSMA/CD


Test kanálu

kolize ?

kolizí

ano

ne

ano

ano

Vysílá zprávu

o stavu kanáluKonec

vysílání?

Konec

ne


Datový spoj • Kódování „Manchester“

• Nejdelší doba, za kterou je kolize detekována, musí být pro max. délku segmentu menší než 51,2 μs („slot time“) – určuje minimální

1 0 0 1 1

délku segmentu menší než 51,2 μs („slot time“) – určuje minimální délku rámce (512 bitů) – kolize musí být detekována během vysílání

Počítačové sítě - Datový spoj12

3

PC1 PC2

Kolize

1 2

4Detekce kolize

Max. délka segmentu ~ délka, kterou urazí čelo signálu za 51,2 µs


Datový spoj

PC1 PC2 PC3 PC4 PC5

Sběrnice

Šíření signálu

Šíření signálu


PC1

HUB

PC2 PC3 PC4 PC1 PC2 PC3 PC4

Šíření signálu

Switch

Stromová topologie


Datový spoj

• CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

• Na rozdíl od CSMA/CD předchází kolizím.

• Princip:– Je-li médium volné po určenou dobu, může stanice zahájit

vysílání. vysílání.

– Pokud je vysílání neúspěšné (druhá strana nepotrvdí příjem), zahájí exponenciální čekání.

– Pokud je médium obsazeno, počká na jeho uvolnění a následnězahájí exponenciální čekání, stejně jako při neúspěšnémodvysílání.

• CSMA/CA využívají bezdrátové technologie (např. IEEE802.11 a IEEE802.15)



Datový spoj

–Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky pro WAN)• Řízení toku – techniky Stop-and-Wait a Sliding

Window

–Sliding window

–Stop-and-wait–Stop-and-wait

• Řízení správnosti přenosu (ztráta rámce, porušení rámce) Techniky :

–pozitivního/negativního potvrzení (ACK/NACK)

–opakovaní vyslání rámce po neobdržení potvrzení (ARQ – Automatic Repeat Request)



Datový spoj

• Příklady technik pro řízení datových spojů

– Význam použitých zkratek:

• F X – rámec č.X

• ACK – potvrzení (Acknowledgement)• ACK – potvrzení (Acknowledgement)

• NACK – negativní potvrzení

• RR X – připravenost k přijetí rámce č. X (Ready-to-Receive)

• REJ X – odmítnutí rámce č. X (Reject)



Datový spoj

• Zvýšení využitelnosti spoje – multiplexing1

32 2

1

jeden fyzický spoj je využit N přenosovými kanály

• Techniky zvýšení využitelnosti komunikačního kanálu – FDM, TDM, CDMA, OFDM


NN


Datový spojTDM - Time Division Multiplexing – časové sdílení spoje

FDM - Frequency Division Multiplexing sdílení frekvenčního rozsahu spoje



Datový spoj

TDM - Time Division Multiplexing – časové sdílení spoje

frekvence

Počítačové sítě - Datový spoj

19časové sloty (time slots)

čast5t2 t3 t4t1


Datový spoj

• Časový multiplexing – rámce z více zdrojů jsou vysílány ve stanovených časových úsecích – „time slots“

• Synchronní TDM – pro každý zdroj je pevně stanovený time slot – nižší využitelnost kapacity spoje, ale jednodušší implementacejednodušší implementace

• Asynchronní TDM (statistické, inteligentní) – dynamická alokace time slots (na vyžádání zdroje) – vyšší využitelnost kapacity spoje, náročnější implementace(STDM)


A

B

D

C

Záhlaví obsahuje

PrincipTDM a STDM


D

t1 t2 t3 t4 t5

STDM

TDM

A1 B1 B2 C2 C4A4 D5A5

Záhlaví obsahuje identifikátor zdroje a pořadí

cykly

A1 B1 C1 D1 D2C2B2A2

prázdné time slots


Datový spoj

FDM - Frequency Division Multiplexing sdílení frekvenčního rozsahu spoje

čas

frekvence

čas

………


čas frekvencef5f2 f3 f4f1 fn

Frekvenční rozsahy (kanály)

………

………


Datový spoj

CDMA - Code Division Multiply Access

z více zdrojů jsou současně vysílána data kódovaná rozdílnými kódy. Sdílení spoje časové i frekvenční.



Datový spoj

Srovnání frekvenčního, časového a kódového sdílení



Datový spoj

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

• Varianta FDMA

• Rozdělení frekvenčního rozsahu na oddělené nosné frekvence

• Nosné frekvence modulovány různými modulačními technikamitechnikami

• Možnost současného vysílání stovek datových signálů, které se „sčítají“

• Použití v přenosech bezdrátových i v přenosech pevnými vodiči


Date post:	28-Jul-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

Datový spoj rámce - MENDELUlidak/site/slidy2008/prednaska...PC1 PC2 Kolize 1 2 4 Detekce kolize...

Documents