Синхронизация элементов связи.

Для того чтобы ЭВМ и терминалы могли обмениваться данными, должен существовать способ информирования устройства о передаваемых сообщениях и устройства должны уметь оповещать друг друга о своей готовности к передаче или приему. Для принимающего и передающего устройства должна быть общая временная точка. Этот процесс является частью протокола связи и его обычно называют синхронизацией и основан на использовании синхросигналов. Синхросигналы выполняют 2 важные функции:

1. они синхронизируют, то есть настраивают приемник на передаваемое сообщение еще до того, как оно фактически приходит.
2. поддерживают синхронизацию приемника с приходящими битами данных.

Методы передачи данных канального уровня.

В большинстве случаев канальный уровень не может справиться с задачей передачи кадра между узлами, для этого требуют протоколы сетевого уровня. Наиболее существенными характеристиками являются следующие:

1. асинхронный/синхронный.
2. символьно-ориентированный/бит-ориентированный.
3. с предварительным установлением соединения/датаграммный.
4. с обнаружением искаженных данных/без обнаружения искаженных данных.
5. с обнаружением потерянных данных/без обнаружения потерянных данных.
6. с восстановления искаженных и потерянных данных/без восстановления.
7. с поддержкой динамической компрессии/без поддержки компрессии.

Асинхронная и синхронная передача. Для обеспечения синхронизации используют 2 соглашения относительно форматирования: асинхронный – каждый байт данных имеет специфические сигналы, обрамляющий каждый символ. Кадр, который передается по сети, состоит из 5 полей: синхробайт, управление, идентификация, данные, контроль ошибок. Первые три – заголовок, данные – пакет, контроль ошибок – трейлер. Все пять полей – кадр. Управляющие поля – там прописана реализация протокола или управление продвижением данных по сети. Данные идентификации как минимум идентификация приемника и передатчика. Данные пользователей – самый важный элемент. Элемент контроля ошибок передачи – контрольная последовательность кадра. Не все кадры содержат данные пользователя. Там, где их нет, назначение кадра состоит в выполнении интерфейсных или протокольных функций, необходимых для поддержки кадров пользователя. В поле идентификации содержатся или какие-то имена или номера приемника или передатчика. Поле контроля ошибок включается в кадр передающим узлом.

Символьно-ориентированный и бит-ориентированный протоколы.

Состоит из: синхронизации, начала кадра (STX), содержание кадра, конца кадра (ЕТХ). Каждый кадр состоит из произвольного числа 7 или 8-битных символов, которые передаются непрерывно, поэтому приемные устройства, достигнув синхронизма, должно быть в состоянии, во-первых, обнаружить начало и конец каждого символа (посимвольная), во-вторых, обнаружить начало и конец каждого кадра (покадровая). Бит–ориентированный метод: флаг начала, содержимое кадра, флаг конца, бездействие. Бит–ориентированный метод – любой передаваемый кадр может содержать любое число битов, необязательно кратное 7 или 8.

Передача с установлением соединения и без установления соединения. На канальном уровне применяются датаграммные процедуры, а также процедуры с предварительным установлением логического соединения.

Проверка ошибок.

Одной из простейших форм проверки ошибок являлся эхоплекс. Каждый посылаемый символ возвращается обратно в виде эха, на основании чего делается вывод о правильности передачи. Принимающее устройство знает, где начинается кадр и знает, где он заканчивается, однако при большом скоплении нулей или единиц, тяжело сказать, где начинается новый символ. Один из способов обнаружения ошибок – это добавление одного бита (контроль по паритету) к последовательность битов данных. Этот бит = 1, если число единиц нечетное, или 0 в другом случае. Циклически избыточный контроль (CRC) – это разновидность использования блочных кодов, широко применяется для контроля передачи данных. Данные обычно представляются в виде 2 блоков: блок информационной последовательности и блок поверочной последовательности. Например, в кадре Ethernet, содержащем 8192 бита, в качестве контрольной последовательности используется остаток от деления этого числа на известный делитель, представляющий собой порождающий полином. Обычно в качестве такого делителя выбирается 17 или 33-разрядное число, чтобы остаток от деления имел длину – 16 или 32 разряда. При получении кадра снова выделяется остаток от деления на тот же делитель, но при этом к данным добавляется и содержащаяся в нем контрольная сумма. Если остаток от деления на полином = 0, то велика вероятность того, что ошибки отсутствуют. В противном случае кадр считается искаженным. Метод циклического контроля обладает более высокой вычислительной сложностью, но его диагностические возможности гораздо выше, чем у методов контроля по паритету. Метод CRC обнаруживает все одиночные, двойные и ошибки в нечетном числе бит. Метод обладает невысокой степенью избыточности. Вычисления и использование кода CRC происходит по следующим правилам:

1. к содержимому кадра добавляются нули, количество которых равно длине поля контрольной последовательности кадра.
2. образованное число делится на производящий полином, который содержит на один разряд больше, чем КПК и который в качестве старшего и младшего разрядов имеет единицу.
3. остаток от деления помещается в поле КПК и передается в приемник.
4. приемник все операции деления повторяет и если результаты деления и КПК совпадают, то велика вероятность того, что передача произошла без ошибок. D¹⁶ + D¹⁵ + D² + 1

С повышением частоты затухание увеличивается. Развитие событий после достижения сигналом конца линии зависит от импеданса нагрузки. Если импеданс приемника совпадает с импедансом линии, то вся энергия поглотится приемником. При несовпадении может возникнуть несколько ситуаций: часть или вся энергия отразится и пойдет к источнику, а если у источника отличный импеданс, то часть энергии опять отразится к пойдет к приемнику. Говорят, что линия звенит, то есть в ней есть сигнал. Те же процессы отражения происходят в точках, где имеется аномалия. Отражение сигнала приводит к искажениям приема. Таким образом, чрезвычайно важно, чтобы кабель был однородным. К аномалиям импеданса приводят нарушения геометрии проводников, например, резкие изгибы или передавливание, изменения в изоляции проводников. К этому же ведет и соединение отрезков кабеля с разными значениями импеданса.

Перекрестные помехи.

Наводятся за счет паразитных емкостных и индуктивных связей между парами проводов. Существенное влияние – это направление тока в парах. Задержка распространения сигнала – это время прохождения сигнала по кабелю определенной длины. Один из факторов, ограничивающих максимально допустимую длину для конкретной сетевой технологии. Перекос задержки – это разность между задержками распространения в разных парах в одном направлении.

Проводные линии связи.

Реализуются на основе телефонных и телеграфных проводов, они обладают крайне низкой пропускной способностью и помехоустойчивостью. Обычно используются в низкоскоростных и среднескоростных сетях. Кабельные линии связи реализуются на основе металлических и оптических кабелей. Кабель – сложное изделие, состоящее из совокупности проводников, слоев экрана, изоляции и защитного слоя. Кабели применяются для построения высокоскоростных сетей, характеризующихся следующими параметрами:

1. затухание – это потеря энергии сигнала при распространении его по линии связи (дБ/м) для определенной частоты.
2. перекрестные наводки на ближнем конце определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех. Когда электромагнитное поле сигнала по одной паре наводит помеховый сигнал в других парах. Чем меньше этот показатель, тем качественнее кабель.
3. Импеданс (волновое сопротивление) – полное, реактивное сопротивление (Ом) и является относительно постоянной величиной для кабельных систем (для коаксиального – 50 Ом).
4. Активное сопротивление – сопротивление постоянному току, не зависит от частоты.
5. емкость – это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два проводника, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор. Емкость является нежелательной величиной, приводящей к искажению сигнала и ограничивающей полосу пропускания линии.
6. уровень внешнего электромагнитного излучения (электрический шум) – это нежелательное переменное напряжение в проводнике. Шум бывает фоновый и импульсный, низко, средне и высокочастотный. Источниками являются линии электропередач, телефоны, ЛДС, средства вычислительной техники, телевизионные и радиопередатчики. Основными источниками импульсного шума являются электропереключатели, сварочные аппараты, электродвигатели. Измеряется в мВ.
7. диаметр или площадь сечения проводника (мм).

Для создания каналов связи телекоммуникационных сетей получили следующие типы кабелей: неэкранированные с витыми парами из медных проводников; экранированные с витыми парами из медных проводников; коаксиальные; оптоволокно. Кабели на основе неэкранированной витой пары UTP в зависимости от характеристик разделяются на пять категорий:

1. традиционный телефонный кабель – только для передачи речи.
2. четыре витых пары – скорость до 4 Мбит/с.
3. четыре витых пары, 9 витков на метр – до 16 Мбит/с.
4. четыре витых пары – до 20 Мбит/с.
5. до 100 Мбит/с.

Кабели фирмы IBM – 9 типов:

1. экранированная витая пара.
2. две витые пары.
3. для передачи речи – неэкранированные провода.
5. оптоволокно.
6. коммутационный кабель.
8. ковровый кабель.
9. пленумный (огнеупорный).

Коаксиальный представляет собой медный проводник, покрытый диэлектриком, экранирующий и с защитными оболочками. Коаксиальный кабель для телекоммуникационных сетей делится на толстые и тонкие кабели. Толстый имеет наружный диаметр около 12 мм, и достаточно толстый внутренний проводник (2,17 мм).

Тонкий – 5 и 0,9 мм. Такой размер обеспечивает хорошие электрические и механические характеристики. Однако этот кабель очень жесткий, что затрудняет монтаж.

10 BASE 5 – толстый.

10 BASE 2 – тонкий.

10 BASE Т – витая пара.

10 BASE F – оптоволокно.

100 BASE Т4 – сдвоенная витая пара.

100 BASE FX – оптоволоконный кабель.

Витая пара используется почти во всех современных сетевых технологиях, а также во всех видах телефонии. Любые сети витой пары основаны на звездообразной физической топологии, которая при соответствующем активной оборудовании может служить основой для любой логической топологии. Основной фактор, сдерживающий использование витых пар, вызван скин-эффектом. По мере того, как растет скорость передачи данных, а, следовательно, и частота, ток, протекающий по проводам, тяготеет к наружной поверхности, используя таким образом меньшую часть поперечного сечения. Это приводит к повышению электрического сопротивления при высокочастотных сигналах, что вызывает дополнительное затухание сигналов. Кроме того, на высоких частотах возрастают потери мощности сигналов, вызванные эффектом радиации.

Оптоволоконный кабель.

Состоит из центрального проводника, окруженного слоем стекла, обладающим меньшим показателем преломления. Распространяясь по сердцевине, лучи света не должны выходить за её пределы, отражаясь от оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердечника различают многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления и одномодовое.

Х⁴ + Х² + Х + 1 –> 10111

Х⁴ + Х + 1 –> 10011

(Х⁴ + Х² + Х + 1) * Х⁴ = 101110000

101110000 | 10011

1100 10100

101111100 | 10011

0000 10100

Приблизительно так работает алгоритм CRC. Однако остаток от деления может быть. Если он появляется, то это называют синдромом. Всякому ненулевому синдрому соответствует определенная конфигурация ошибок, которая и исправляется.

АСК – извещение.

NAC – отрицательное извещение.

Система телекоммуникаций основана на этих двух посылках.